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RELATÓRIO VII
EQUILÍBRIO TÉRMICO
E CURVA DE
AQUECIMENTO
Professor: Robson Florentino
Turma: 3019
Grupo:
Aline Barbosa Aline dos Santos Luiz Carlos Borges
Igor Assis Pamela Lima Renata Macedo
Leandro Conti
EQUILÍBRIO TÉRMICO
Se colocarmos um objeto quente próximo a um frio, logo os dois estarão na mesma
temperatura, ou seja, o calor é transferido do objeto com temperatura maior para o objeto
com temperatura menor.
Um exemplo desse fenômeno de transferência térmica é quando misturamos café
quente com leite frio. Você pode perceber que ao realizar essa mistura, a temperatura dos
dois líquidos tende a se igualar até que fique igual, daí o porquê da mistura ficar morna.
A explicação científica é o Equilíbrio Térmico.
Ao misturarmos o leite com o café, a reação de transferência tem início, no início
ainda podemos sentir o calor do café em meio ao líquido, mas bastam apenas alguns
segundos para a temperatura se modificar. O fluxo de calor se move rapidamente até
chegar ao equilíbrio térmico.
CURVA DE AQUECIMENTO E MUDANÇAS DE ESTADOS
FÍSICOS DA ÁGUA
MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
As passagens entre os três estados físicos (sólido, líquido e gasoso) têm o nome de
mudanças de estado físico.
Você já viu como num dia quente, um pedaço de gelo logo derrete depois de tirado
do congelador? Nesse caso, a água em estado sólido passa rapidamente para o estado
líquido. Essa mudança de estado é conhecida como fusão.
• Fusão
Passagem, provocada por um aquecimento, do estado sólido para o estado líquido.
O aquecimento provoca a elevação da temperatura da substância até ao seu ponto
de fusão. A temperatura não aumenta enquanto está acontecendo a fusão, isto é,
somente depois que toda a substância passar para o estado líquido é que a
temperatura volta a aumentar.
O ponto de fusão de uma substância é a temperatura a que essa substância passa
do estado sólido para o estado líquido.
No caso da água o ponto de fusão é de 0ºC. Assim, o bloco de gelo permanecerá a
0ºC até todo ele derreter para só depois sua temperatura começar a se elevar para
1ºC, 2ºC etc.
Mas o contrário também acontece. Se quisermos passar água do estado líquido para
o sólido, é só colocarmos a água no congelador. Essa mudança de estado é
chamada solidificação.
• Solidificação
Passagem do estado líquido para o estado sólido, através de arrefecimento
(resfriamento).
Quando a substância líquida inicia a solidificação, a temperatura fica inalterada até
que a totalidade esteja no estado sólido, e só depois a temperatura continua a
baixar.
No caso da água o ponto de solidificação é de 0ºC. Assim, a água permanecerá a
0ºC até que toda ela congele para só depois sua temperatura começar a diminuir
para -1ºC, - 2ºC etc.
Você já percebeu que, quando uma pessoa está cozinhando, ela tem que tomar
cuidado para que a água não suma da panela e a comida queime e grude no fundo?
Mas para onde vai a água?
A água passa para o estado gasoso: transforma-se em vapor, que não pode ser
visto. A passagem do estado líquido para o estado gasoso é chamada vaporização.
• Vaporização
Passagem do estado líquido para o estado gasoso, por aquecimento.
Se for realizada lentamente chama-se evaporação, se for realizada com aquecimento
rápido chama-se ebulição.
Durante a ebulição a temperatura da substância que está a passar do estado líquido
para o estado gasoso permanece inalterada, só voltando a aumentar quando toda a
substância estiver no estado gasoso.
• Ebulição
O ponto de ebulição de uma substância é a temperatura a que essa substância
passa do estado líquido para o estado gasoso.
gua o ponto de ebulição é de 100ºC. Assim toda a água permanecerá a 100ºC até
toda ela tenha evaporado para somente depois sua temperatura começar a
aumentar para 101ºC, 102ºC etc.
A água pode passar do estado de vapor para o estado líquido. É fácil observar essa
passagem. Quantas vezes você já não colocou água gelada dentro de um copo de
vidro fora da geladeira? Depois de um tempo, a superfície do lado de fora fica
molhada, não é mesmo?
As pequenas gotas de água se formam porque o vapor de água que existe no ar
entra em contato com a superfície fria do copo e se condensa, isto é, passa para o
estado líquido. Essa mudança de estado é chamada condensação, ou liquefação.
• Condensação
Passagem do estado gasoso para o estado líquido, devido ao um arrefecimento
(resfriamento).
Quando a substância gasosa inicia a condensação, a temperatura fica inalterada até
que a totalidade esteja no estado líquido, e só depois a temperatura continua a
baixar.
Um exemplo de condensação é o orvalho e a geada!
Às vezes, quando está frio, logo de manhã vemos que muitas folhas, flores, carros,
vidraças e outros objetos que estão no ar livre ficam cobertos de gotas de água,
sem que tenha chovido: é o orvalho.
O orvalho se forma quando o vapor de água presente no ar se condensa ao entrar
em contato com superfícies que estão mais frias que o ar. Se a temperatura estiver
muito baixa, a água pode congelar sobre as superfícies frias, formando uma camada
de gelo: é a geada, que pode causar prejuízos às plantações, já que o frio pode
destruir folhas e frutos.
Você já observou que certos produtos para perfumar o ambiente instalados no
banheiro, por exemplo, vão diminuindo de tamanho com o tempo? Isso acontece
porque eles passam diretamente do estado sólido para o estado gasoso. Essa
passagem do estado sólido para o gasoso e vice-versa é chamada sublimação.
• Sublimação
Passagem direta de uma substância do estado sólido para o estado gasoso, por
aquecimento, ou do estado gasoso para o estado sólido, por arrefecimento. Ex. Gelo
seco, naftalina.
Naftalina
1.
EXPERIMENTO VII
• Equilíbrio Térmico e Curva de Aquecimento
• Data: 18 de outubro de 2011
2.
OBJETIVO DO EXPERIMENTO:
• Conhecer alguns equipamentos essenciais para se trabalhar em um Laboratório
Experimental de Física;
• Observar e verificar como dois corpos com temperaturas diferentes chegam ao
equilíbrio térmico;
• Observar, classificar e identificar as mudanças de estados físicos e montar gráficos
dessas mudanças no decorrer do tempo;
3.
ROTEIRO DO PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Equilíbrio Térmico
3.a - Roteiro do experimento
• Colocar 100 ml de água ambiente dentro do calorímetro e verifique sua
temperatura;
• Acrescentar 50 ml de água fervente (verificar previamente a temperatura)
ao calorímetro;
• Aguardar e verificara a temperatura dessa “mistura”;
• Explicar quem ganha e quem perde calor;
• Acrescentar gelo (verificar previamente a temperatura) ao calorímetro;
• Aguardar e verificar a temperatura dessa mistura;
• Explicar quem ganha e quem perde calor nessa mistura;
Curva de aquecimento e mudanças de estados físicos da água
3.b - Roteiro do experimento
• Prender o termômetro na haste com auxílio das mufas;
• No Becker colocar gelo picado, ler e anotar a temperatura;
• Aguardar dois minutos e verificar a temperatura novamente;
• Aquecer o Becker com a lamparina, e verificar a temperatura e se há
existência do gelo “na mistura”;
• Ao derreter todo o gelo, verificar a temperatura e o tempo que o gelo
levou para derreter;
• Observar e anotar a temperatura e o tempo, a cada minuto e anotar
os resultados;
• Quando começar a levantar fervura, verificar e anotar a temperatura e o
tempo;
• Deixar a água ferver por um certo tempo, anotar a temperatura e o tempo
a cada minuto e em seguida anotar os resultados;
• Fazer um gráfico (temperatura x tempo) do fenômeno observado;
• Explicar o porquê em certos pontos do gráfico não aumentou
a temperatura (platô);
• Responder as questões do experimento dadas pelo professor;
4.
ESQUEMA DO APARATO UTILIZADO
→ Lamparina - Para geração de calor
→ Tripé delta com sapatas niveladoras amortecedoras
→ Mufas duplas e 90 graus
→ Pinças com cabo
→ Agitador
→ Termômetros
→ Haste metálica
→ Becker
→ Proveta
→ Gelo picado
→ Água em temperatura ambiente
→ Água fervente
→ Calorímetro
→ Cronômetro
5.
DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS INSTRUMENTOS
• Lamparina
É constituída de um recipiente com algum tipo de óleo combustível, sobre o
qual flutua um pedaço de madeira ou cortiça, com um pavio encerado fixo.
Seu uso se estende desde a pré-história até os dias de hoje.
• Cronômetro
O cronômetro (do grego chrónos, 'tempo', mais o sufixo métron, que mede'),
em sentido extensivo, é um instrumento mecânico de precisão, para medir
intervalos de tempo com aproximação de décimo de segundo ou menos, mas
para a horologia, é um relógio com balanço (free-sprung) ou escapamento
(detent) especial, cientificamente ajustado para atingir máxima precisão. Sua
performance então é comparada com o tempo real por um observatório. Hoje
em dia, cronômetros são aqueles relógios que cumprem os requisitos mínimos
impostos por um corpo independente, que os analisa e qualifica. Atualmente,
quase todos os cronômetros atendem as exigências do ISO 3159, padrão
aplicado pelo COSC (Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres, o escritório
suíço oficial para medições dos cronômetros).
•Tripé • Haste metálica • Mufas duplas de 90 graus • Pinças com cabo
Equipamentos utilizados em laboratórios de Física no apoio para
experimentos.
• Agitador
• Becker
É de uso geral em laboratório. Serve para fazer reações entre soluções,
dissolver substâncias sólidas, efetuar reações de precipitação e aquecer
líquidos. Pode ser aquecido sobre a TELA DE AMIANTO.
• Proveta
Usada para medidas não rigorosas de volumes líquidos. As provetas
apresentam capacidade que variam de 10 a 2000 ml ou mais. São mais
exatas que os copos graduados. As de menor capacidade são graduadas em
0,1 ml, espaçando-se a graduação à medida que sua capacidade aumenta.
• Água
• Gelo picado
• Água fervente
• Calorímetro
O calorímetro é um aparelho isolado termicamente do meio ambiente e muito
utilizado nos laboratórios de ensino para fazer estudos sobre a quantidade de
calor trocado entre dois ou mais corpos de temperaturas diferentes. É um
recipiente de formato bem simples, construído para que não ocorra troca de
calor entre o mesmo e o meio ambiente. Existem vários formatos de
calorímetro, mas todos são constituídos basicamente de um recipiente de
paredes finas que é envolvido por outro recipiente fechado de paredes mais
grossas e isolantes. O calorímetro evita a entrada ou saída de calor assim
como na garrafa térmica, por exemplo.
• Termômetro
Termômetro é todo instrumento capaz de medir a temperatura dos sistemas
físicos. Os tipos mais comuns de termômetros são os que se baseiam na
dilatação do mercúrio. Outros determinam o intervalo de temperatura
mediante o aumento da pressão de um gás ou pela curvatura de uma lâmina
bimetálica. Alguns empregam efeitos elétricos, traduzidos pelo aparecimento
de correntes elétricas quando o ponto de solda de dois metais diferentes é
aquecido.
6.
DADOS OBTIDOS E RESPOSTAS DO QUESTIONÁRIO
6.1
Equilíbrio Térmico
• Temperatura dos 100 ml de água dentro do calorímetro: 24°C (ambiente)
• Temperatura da água fervente: 61°C
• Temperatura da “mistura” das águas após 2 minutos cronometrados: 35°C
a água que estava na temperatura ambiente ganhou calor e a água fervente
perde calor. Porque ao misturá-las no calorímetro a água quente com a fria,
logo as duas estarão na mesma temperatura, ou seja, o calor é transferido da
água fervente para a água de temperatura ambiente ocorrendo o equilíbrio
térmico.
• Temperatura do gelo: 0°C
• Acrescentou gelo, e após aguardar 2 minutos a temperatura da “mistura”
foi: 11°C (ponto de fusão)
• A água ambiente perdeu calor e o gelo ganhou calor. Porque ao misturá-las no
calorímetro a água com o gelo, logo os dois estarão na mesma temperatura, ou
seja, o calor é transferido da água para o gelo ocorrendo o equilíbrio térmico.
6.2
Curva de Equilíbrio e Mudanças de Estados Físicos da água
→ Temperatura do gelo picado no Becker: 3°X
→ Aguardou-se 2 minutos e foi verificada a temperatura: 3°X (estabilizou)
→ Temperatura do sistema ao derreter todo gelo e o tempo: 38°X e 1m:50s
→ Temperatura após um tempo minuto: 60°X e 3m:00s
→ Temperatura e o tempo quando levantou fervura: 96°X e 3m:40s
→ Após um tempo a temperatura observada foi: 100°X 4m:00s
→ Gráfico (temperatura X tempo) – em anexo
→ Não houve o aumento de temperatura pois conforme o gráfico (figura
abaixo) mostra, nos momentos de mudança dos estados físicos da água
(fusão, vaporização) a temperatura mantêm-se inalterada até o momento de
mudança total do estado físico da água.
• As mudanças observadas foram: Fusão e Liquefação e Vaporização.
6.3
Gelo na Proveta
→ Temperatura Ambiente: 24°C
→ Temperatura do gelo na proveta: 3°C
→ Após aguardar dois minutos foi verificado um “suor” na proveta, que seria
a condensação do ar em torno da proveta.
→ A água líquida vem do ar em torno da proveta.
→ Ocorreu uma condensação, ou seja, mudança de vapor para líquido.
→ Ocorre uma condensação e solidificação quase que instantânea (muito
rápida) do ar em volta da garrafa.
→ Não. Pois a pressão altera a temperatura os pontos de mudança dos
estados físicos da água. Ex: Quanto menor a pressão maior o ponto
de ebulição.
CONCLUSÃO
Através deste experimento, foi possível o detalhamento e identificação
dos pontos de mudança de estado físico da água e o comportamento de cada
estado.
Ao analisar a curva de aquecimento, foi possível praticar o estudo do
calor latente e sensível e suas peculiaridades nos momentos de mudança de
estado.
Foi possível observar que, devido a transferência de calor entre os
elementos estudados, aconteceu a perda de calor da água quente e a
absorção do calor pela água fria, comprovado assim o conceito do equilíbrio
térmico que estamos estudando.
Foi importante o exercício para o melhor aprendizado da utilização de
cada equipamento e o quanto é necessário o manuseio correto de cada um
deles, para a obtenção dos dados de forma mais precisa e eficaz.
Um dado importante no experimento foi o detalhamento de cada
cálculo de forma clara para melhor entendimento, tornando o aprendizado
mais profundo e claro.
A discussão entre os componentes do grupo sobre cada novo tópico
pesquisado e a importante ajuda do instrutor durante a realização do
experimento, acrescentou importantes dados para o aprendizado, execução e
conclusão deste trabalho, esclarecendo as dúvidas e fixando cada comentário
feito através da realização dos cálculos e comprovação dos resultados.