Inrodução às Medidas em Física 43152 Elisabeh Maeus Yoshimura emaeus@if.usp.br Bloco F Conjuno Alessandro Vola sl 18 agradecimenos a Nemiala Added por vários slides
Conceios Básicos Lei Zero da Termodinâmica Dois corpos inicialmene a emperauras diferenes, quando colocados em conao por um empo suficiene chegam a um esado final em que a emperaura de ambos se iguala. Esse esado é chamado de equilíbrio érmico Se um dos corpos é um reservaório érmico, o corpo inicialmene mais quene que o reservaório perde calor para ele aé que sua emperaura iguale à do reservaório
Lei de Resfriameno Newon Hipóeses: A axa de roca de calor enre um corpo e o ambiene (reservaório a T R consane) é proporcional à diferença de emperaura enre o corpo e o ambiene. dq ce T d Como variações de calor são proporcionais à variação da emperaura (Q=C DT), ambém é esperado que a variação de emperaura seja proporcional à diferença de emperaura: d T T d R ddt d 1 a consane é posiiva e em unidade de empo, e depende de formao e maerial do corpo. T T R T R
Lei de Resfriameno Newon Consequências: Espera-se que a emperaura caia exponencialmene no empo. T T DT e DT R DT é a diferença inicial de emperaura enre o líquido e o ambiene. Propriedades de exponenciais decrescenes com empo: o empo necessário para diminuir de uma cera fração é fixo; o insane inicial não impora; derivada da exponencial é exponencial. Vamos enar ober essa lei de forma empírica Ajuse dos dados experimenais Variação da emperaura em função do empo
Análise de Dados Como analisar uma dependência que claramene não é linear? A curva raçada pelos ponos experimenais não é uma rea? Qual é essa função? Diferença de emperaura ( o C) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s)
Análise de Dados Modelo da Lei de Esfriameno: T T DT e DT R Como esar? Diferença de emperaura ( o C) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s)
Análise de Dados Se DT log DT e D enão D T log T e log T log D e log D T loge Temos enão uma função linear enre log(dt) e o empo (), com os seguines coeficienes: log D T log D T loge Y a b com : Y log DT, a logdt, b - log e
Análise de Dados E 2. log (DT) 1.8 1.6 1.4 1.2 log D T log D T loge Y a b com : Y log DT, a logdt, b - log e 1..8.6 1 2 3 4 5 6 Tempo (s)
Análise de Dados E 2. 1 1.8 log (DT) 1.6 1.4 1.2 1..8 Papel monolog Diferença de emperaura ( o C) 1.6 1 2 3 4 5 6 Tempo (s) 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s)
Papel monolog
Década 1 ou 1 ou 1 1 ou 1 ou 1,2 ou 2 ou 2 ESCALA (sempre múlipla de 1),1 ou 1 ou 1 19-6-28 11a Aula 11
Análise de dados com papel monolog 9 1 8 7 Diferença de emperaura ( o C) 6 5 4 3 Diferença de emperaura ( o C) 1 2 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s) 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s)
Análise de dados com papel monolog log D T log D T loge Y a b com : Y log DT, a logdt Além disso: - diferenças de logarimos são obidas com régua! b log DT DT 2 log 2 1 1, b v 2 y u - log y 1 e Para log (DT) mede com régua (na verical): u y é a década (em mm) e v y é a disância (mm) P1 P2 DT ( o C) u y 1 1 1 v y P 1 1 2 3 4 5 6 Tempo (s) P 2 1 2 Para 1 e 2 : ler as coordenadas
Análise de Dados Gráfico de emperaura empo uilizando o papel monolog Exrair os parâmeros DT e de um ajuse de rea Gráfico de emperaura empo uilizando o papel milimerado Apresenar valores esperados usando os parâmeros obidos acima
Exercício aula 12
Medida de emperaura A emperaura de um sisema é medida aravés do regisro de uma grandeza (fenômenos físico) cuja dependência com a emperaura é conhecida O ipo de ermômero mais comum é o de coluna de mercúrio (ou de álcool). O fenômeno físico usado nese caso é o da dilaação volumérica de líquidos quando eses são aquecidos A coluna do líquido é acoplada a uma escala graduada e calibrada
Medida de emperaura: Termopar Termopar é um ermômero cujo princípio é o fao de a eleronegaividade de meais depender da emperaura, de forma diferene para cada meal. Assim, se as ponas da junção de dois meais diferenes esiver em emperauras disinas há a produção de uma diferença de poencial, que é mensurável e se relaciona com a emperaura Um dos ipos de ermopar mais populares é do ipo K, composo pela junção das ligas de níquelcromo e níquel-alumínio Ni-Cr 3 o C 12,2 mv Ni-Al
Experimeno Vamos esudar o resfriameno da glicerina Maerial: Tubo de ensaio com glicerina + 2 ermopares acoplados a mulímero específico Procedimeno: Aquecer o ubo de ensaio com glicerina e ermopar cuidadosamene Colocá-lo para esfriar denro de um cilindro no qual há um fluxo de ar consane Medir direamene diferença de emperaura em função do empo
Experimeno (Medidas) Posicionar os dois ermopares: um ao lado do cilindro e ouro denro ubo (aproximadamene na meade da coluna de glicerina) Anes de iniciar o aquecimeno, medir a alura da glicerina no ubo de ensaio e coloca o ermopar na meade desse valor Aquecer o ubo de ensaio aé que (T glic T R )~95 C Inserir o ubo de ensaio no cilindro com fluxo de ar Evie encosar o ubo nas paredes e fundo do cilindro
Experimeno (Medidas) Medir a diferença de emperaura (DT=T glic T R ) para vários insanes de empo. Por exemplo: Dispare o cronômero quando DT chegar a 9 C Anoe o valor de empo: de 5 em 5 C aé 4 C de 2 em 2 C aé 2 C de 1 em 1 C aé 1 C Trabalho em equipe T( o C) (s) 9......
Relaórios Resumo Proposas + méodos + resulados Inrodução Jusificaiva e Objeivos (Proposa), Base eórica Procedimeno/Arranjo experimenal - descrição simplificada Resulados e análise de dados complea (direos/indireos) Tabelas, gráficos, incerezas com jusificaivas Discussão dos dados Comparações enre méodos ou valores eóricos, Críicas: méodo, resulados, incerezas Conclusão Resposa à proposa apresenada