Prof. José Fernando Diniz Chubaci Sala: Edifício Oscar Sala, nº 113 Ramal: 6684

Transcrição

1 Prof. José Fernando Diniz Chubaci Sala: Edifício Oscar Sala, nº 113 Ramal: 6684 Agradecimentos especiais aos Profs. Alexandre Suaide, Marcia Rizzutto, Adriana Delgado e Tiago Fiorini.

2 Introdução Em um sistema termicamente isolado toda energia fornecida ( ( ) é convertida em energia interna, resultando em um aumento de temperatura ( 7) do sistema. ( 7 L ( = & 7 Onde C é uma constante que expressa a quantidade de energia que o sistema precisa para elevar a sua temperatura de 1ºC (Capacidade térmica!). VLVW ijxd 7 I & = F. P + & ijxd FDO

3 &RQVHUYDomR GH(QHUJLD Sistema termicamente isolado: toda energia fornecida ( E) é convertida em energia interna, resultando em um aumento de temperatura ( T) do sistema ( = & 7 C = capacidade térmica Energia fornecida pela resistência elétrica: ( = 3 W P = V x i

4 Resultando na Relação: ( = & 7 ( = 3 W & 7 = 3 W P T + C =.t T 0RGHOR" o /LQHDU" y = D.x + b a = C P C Sistema Sistema = P a

5 Objetivos da experiência y Aprender (desenvolver) a análise de resíduos; y Procurar o intervalo de dados linear; y Medir a capacidade térmica do sistema água + calorímetro; y Medir o calor específico da água;

6 Materiais y Calorímetro + água; y Termômetro; y Cronômetro; y Fonte de alimentação com controle de tensão e de corrente;

7 &DORUtPHWUR

8 Métodos y Adicionar energia ao sistema água + calorímetro e monitorar a variação da temperatura da água em função do tempo; y Energia térmica é adicionada num sistema (água + calorímetro) termicamente isolado (pelo calorímetro!) através da dissipação por efeito Joule em uma resistência. y ATENÇÃO: POTÊNCIA DISSIPADA CONSTANT E!

9 3URFHGLPHQWR ([SHULPHQWDO 1) Massas a serem usadas por cada grupo: grupo Massa (g) T 0 ( o C) P(W)

10 3URFHGLPHQWR ([SHULPHQWDO 2) Medir a massa no início e no fim do experimento: 1 g de água é aproximadamente 1 ml de volume. Os valores não precisam ser exatos, incerteza de ± 20g é aceitável. Tomar a massa média = (m i +m f /2) e a incerteza na massa s m =(m i -m f )/2. 3) Usar gelo para abaixar a temperatura da água. 4) Agitar permanentemente a água. Tomar o cuidado de segurar a tampa do calorímetro todo o tempo pois senão há perdas para o ambiente durante o experimento. 5) Medir temperatura versus tempo, fazer medidas de tempos em intervalos irregulares para evitar o problema de arredondamento mostrado pelo termômetro.

11 3URFHGLPHQWR ([SHULPHQWDO 6) Incertezas da temperatura ( o C): O fabricante diz que a precisão do termômetro digital Minipa é 0,2% Leitura + 1 C para temperaturas de -50 a 199 C, isto faria com que a incerteza na temperatura fosse maior que um grau chegando a 1,2 C o que não é real. 7) Anotar a potência usada durante o experimento. Esta deve ser mantida constante e máxima. Lembre-se que a incerteza na tensão é 0,1V + 1% (devido ao erro de calibração instrumental) e a incerteza na corrente é 0,01A + 1% (devido a erro instrumental). 8) Fazer o gráfico junto com a aquisição dos dados (a incerteza do tempo é menor que a incerteza da temperatura logo podemos desconsiderar a incerteza do tempo.) 9) Medir no mínimo até 50 C e 1 hora.

12 ,QFHUWH]DV: 4XDO DLQFHUWH]D QD WHPSHUDWXUD" 4XDO DLQFHUWH]D QRWHPSR",QFHUWH]DV QD WHQVmR 9HFRUUHQWH,",QFHUWH]D QD SRWrQFLD 33 9L"

13 5HVXOWDGRV Resíduos: distribuição em torno do zero tendências Determinar: o valor de T L (temperatura limite) Critério: Fórmula: χ 2 ngl χ 2 = Compatibilidade: Entre o calor c pelo gráfico e o valor de referência. c água teor = 4,186 J/gºC n i=1 R i S i 2

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16 'DGRVHIXQomRDMXVWDGD \ [ 5HVtGXRVDEVROXWRV QG QJO 4XL [

17 Conjunto de dados 7ž& 0,4 70 0,2 60 0,0 50-0,2 40-0,4 5HVtGXRVDEVROXWRV 'DGRVHIXQomRDMXVWDGD 30-0,6 20-0,8 10-1,0-1, WV 39ºC!!!!

18 Problema possível - #1 0,6 0,4 Resíduo (oc) 0,2 0,0-0,2-0,4-0, Tempo (s)

19 Problema possível - #1 1,2 0,8 5HVtGXRž& 0,4 0 0,00 500, , , , ,00-0,4-0,8-1,2 7HPSRV

20 Problema possível - # 2 7ž& 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2 5HVtGXRVDEVROXWRV 14ºC!!!! WV

21 Problema possível - #3 0,6 0,4 Resíduo (oc) 0,2 0,0-0,2-0, Tempo (s)

22 Problema possível - #3 0,2 0,1 Resíduo (oc) 0,0-0,1-0,2-0,3-0, Tempo (s)

23 Problema possível - #4 QG QJO 4XL

24 Juntando os dados FDO ijxd ijxd VLVW & P F & + =. a P C Sistema = ,3 700, ,7 649, ,55 599, ,3 547, ,3 499, ,05 448, ,25 404, ,0 345,0 1 Sc C Sm M Grupo

25 Juntando os dados & = F. P + & VLVW ijxd ijxd FDO &-ž& PJ <D[ D[ E 5HVtGXR-ž& D VD -100 E VE PJ

26 Os calorímetros utilizados são iguais? O que quer dizer ser igual?

27 Dados da turma 1

28 Dados da turma 1 &DORUtPHWUR GLIHUHQWH"

29 Dados da turma 2

30 Dados da turma 2 &DORUtPHWUR GLIHUHQWH"

31 Testando a hipótese... y Hipótese: Existem alguns calorímetros com capacidade térmica diferentes dos demais. y Teste da hipótese: Se existirem calorímetros diferentes, cada um deles deve originar valores de capacidade térmica do sistema que sistematicamente não se ajustam aos dados da sala, independentemente do medidor e da temperatura ambiente no momento da medida.

32 Testando a hipótese... 7XUPD 0DQKm 1ž GRV FDORUtPHWURV 7XUPD 1RLWH

33 Resultado y Não é possível afirmar que existe algum calorímetro diferente dos demais, considerando apenas os dados das turmas 1 e 2.

34 Testando a hipótese 2... y Hipótese 2: Não existem calorímetros com capacidade térmica diferentes dos demais. y Teste da hipótese 2: Se não existirem calorímetros diferentes, podemos ajustar os dados de capacidade térmicados sistemas obtidos nas várias salas e obter um valor médio de capacidade térmica dos calorímetros. y Além disso, o modelo teórico diz que o coeficiente angular da reta ajustada deve ter o valor do calor específico da água.

35 Resultados em cada turma Turma c água (J / g o C) (%) C cal (J / o C) (%) horário 1 3,96(11) 2,7 291(61) 21 Manhã 2 3,77(10) 2,7 440(56) 13 Noite 3 4,41(9) 2,0 75(48) 63 Manhã 4 4,15(6) 1,3 162(30) 18 Noite 5 4,30(7) 1,6 128(38) 30 Manhã & = F. P + VLVW ijxd & FDO

36 Testando a hipótese 2: Ajuste dos dados de diferentes salas $GULDQD3KLOLSSH 3KLOLSSH7LDJR)DEtROD0iUFLD$OHVVDQGUR < D[E D -J R & E - R &

37 Testando a hipótese 2: Ajuste dos dados de diferentes salas 1mRKi WHQGrQFLD QRVGDGRV

38 Resultados y Com os dados obtidos não é possível distinguir nenhum calorímetro dos demais. y É possível dizer que dentro da precisão do experimento e da flutuação dos dados, os calorímetros são iguais e possuem um valor de capacidade térmica média C médio = 183 (19) J / o C. y Obteve-se para o coeficiente angular c = 4,17 (3) J / g o C, que é compatível com o valor teórico do calor específico da água c = 4,186 J / g o C.

39 6tQWHVH 1. Introdução teórica: Objetivo, conceitos e deduções; 2. Descrição Experimental; 3. Resultados: Resultados dos coeficientes a e b dos gráficos manuais e MMQ; Valores calculados de C sist, C água, C cal ; Gráficos de resíduos, teste χ 2 ; Cálculao da T L ; Reta ajustados dos valores de todos os grupos; Valor do C cal médio da sala e c água ; Conclusão: Adequação ao modelo; Compatibilidade entre os resultados e o valor de referência (z). Anexar a pré-síntese