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Manual de Instruções e Guia de Experimentos

CONJUNTO DE TERMOMETRIA E CALORIMETRIA

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DEVOLUÇÃO DE PRODUTOS Se for necessário devolver o produto para a AZEHEB, por qualquer razão, é necessário notificar a AZEHEB por carta, e-mail ou por telefone ANTES de devolver o produto. Após a notificação, serão enviadas imediatamente a autorização e as instruções de devolução e transporte. Nota: Não será aceita a devolução de nenhum produto sem autorização prévia. Ao devolver produtos para o reparo, eles devem ser embalados corretamente. Os transportadores não aceitarão a responsabilidade dos danos causados pela embalagem imprópria. Para estar certo que o produto não será danificado no transporte, observe as recomendações abaixo: 1. A caixa deve ser forte o bastante para o produto enviado. 2. Assegure-se que há pelo menos 5cm entre o produto e as paredes da embalagem, evitando assim que o produto seja comprimido. 3. Assegure-se que o produto não balançará dentro da embalagem. Para evitar que o produto balance dentro da embalagem utilize calços para travá-lo. Endereço: AZEHEB | Laboratórios de Física Rua Evaristo F.F. da Costa, 621 Bairro Jardim das Américas Curitiba – PR CEP 81530-090 Telefone: (41) 3079-6638 E-mail: azeheb@azeheb.com.br

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EQUIPAMENTO

01 termoscópio; 01 termômetro -10º C a 110º C; 01 termômetro clínico; 01 termômetro de máxima e mínima; 01 calorímetro copo interno 220ml de alumínio, e tampa com furo para termômetro; 01 proveta de vidro 150ml com pé de plástico; 01 copo Becker de vidro 250ml; 01 carretel de linha; 03 corpos de prova em alumínio; 03 corpos de prova em ferro; 01 aquecedor elétrico de imersão 1000W; 01 tela de amianto; 01 queimador a álcool gel com abafador, tampa e reservatório; 01 tripé triangular de ferro zincado; 01 unidade de armazenamento;

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TERMÔMETROS SUBSTÂNCIAS TERMOMÉTRICAS que são líquidos, sólidos e gases cujas propriedades variam quando submetidos a uma variação de temperatura.

GRANDEZAS TERMOMÉTRICAS são aquelas propriedades das substâncias termométricas que sofrem variação com a temperatura. Vamos conhecer alguns exemplares de termômetros e suas principais características.

INSTRUÇÕES – TERMÔMETRO MÁXIMA E MÍNIMA

- instale o instrumento no local definitivo da medição; - aguarde 05 minutos para estabilização do líquido termométrico; - para iniciar uma nova medição, é necessário apertar o botão zerador de memória, fazendo com que os filetes azuis deslizem sobre o líquido termométrico. CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO Devido à existência de um líquido cuja finalidade é manter a mobilidade dos filetes, são necessários cuidados para evitar fracionamentos da coluna de líquido, procurando manter o instrumento em perfeitas condições de uso. Sugerimos algumas precauções: - mantê-lo armazenado sempre na posição vertical conforme indicado na caixa; - evitar que o instrumento seja submetido a qualquer queda ou impacto; - não transportar esse instrumento via correio; - não deixar o instrumento exposto ao raios solares; CONSERTO DA COLUNA DE LÍQUIDO ECOLÓGICO No caso do rompimento da coluna de líquido, coloque o instrumento na posição inversa (cabeça para baixo) e aperte o botão central até que os filetes azuis desapareçam da coluna. Segure o instrumento pela parte superior e sacuda com força, de modo que o braço movimente-se de cima para baixo sucessivamente por 4 vezes. Repita o processo até que a coluna de líquido junte-se por completo. Ao final do processo, aperte novamente o botão central para que os filetes retomem posição normal.

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EXPERIÊNCIA 01 - Termometria Material Necessário

- 01 termômetro –10oC a 110oC - 01 termômetro clínico - 01 termômetro de máxima e mínima Procedimentos - observar atentamente cada termômetro; - identificar a escala termométrica e sua precisão; - identificar os valores limites da escala; - citar as aplicações de cada tipo; - anotar os dados característicos dos termômetros. TERMÔMETRO CELSIUS -10º C a 110º C

1. Qual é a substância termométrica usada? _________________________ 2. Qual é a grandeza termométrica ? _________________________ 3. Quais são os valores limites deste termômetro? _________________________ 4. Qual é a precisão deste termômetro? _________________________ 5. Em que situações ele pode ser usado? _________________________ TERMÔMETRO CLÍNICO

1. Qual é a substância termométrica? _________________________ 2. Qual é a grandeza termométrica? _________________________ 3. Quais são os valores limites? _________________________ 4. Qual é a precisão deste termômetro? _________________________ 5. Para que se usa o termômetro deste tipo? _________________________ 6. O que devemos fazer para que o termômetro possa ser utilizado novamente? Se o

tubo do termômetro é capilar, porque ele parece ter um diâmetro maior quando fazemos à leitura da temperatura? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

TERMÔMETRO DE MÁXIMA E MÍNIMA

1. Qual é a substância termométrica? _________________________ 2. Qual é a grandeza termométrica? _________________________

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3. Quais são os valores limites? _________________________ 4. Qual é a precisão deste termômetro? _________________________ 5. Qual é a finalidade deste termômetro? _________________________ Atividade Complementar 1. O que é um termômetro?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

2. O que é uma substância termométrica? Cite exemplos.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

3. O que é uma grandeza termométrica? Cite exemplos.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

4. Quais foram as substâncias termométricas usadas nos termômetros dos

experimentos acima? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

5. Porque o mercúrio é a substância mais usada na confecção de termômetros? Quais

são as suas vantagens e desvantagens, principalmente as ecológicas? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

6. Que escalas termométricas você encontrou nos termômetros estudados? Procure

ver se existem outras e quais suas características. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

7. O que são pontos fixos? Quais os pontos fixos adotados na construção dos

termômetros que usamos? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

8. Que valores atribuem aos pontos fixos as diferentes escalas que você conhece?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

9. Faça uma análise a respeito da influência do tamanho do bulbo sobre a precisão e a

sensibilidade de um termômetro. (Sensibilidade = rapidez do equilíbrio térmico do mesmo com o corpo cuja temperatura quer medir) ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

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TERMOSCÓPIO Imagine se alguém removesse as escalas dos termômetros. A parte física do mesmo continuaria a funcionar como antes, apenas seria impossível fazer a leitura das temperaturas. A substância termométrica entraria em equilíbrio com os corpos e acusaria variações de temperatura do mesmo modo como antes. Pois é, um instrumento que acusa variações de temperatura, mas não permite efetuar leituras de temperatura, isto é, não apresenta uma escala, é denominado TERMOSCÓPIO.

EXPERIÊNCIA 02 - Termoscópio em Termômetro

Material Necessário - 01 termômetro -10º C a 110º C - 01 termoscópio - 01 copo plástico (não acompanha o kit) - 01 becker de vidro - 01 lamparina - 01 tela de amianto - 01 tripé para lamparina - 01 caixa de fósforos - 01 régua milimetrada 30cm (não acompanha o kit)

Procedimentos 1. Preparar um copo de plástico com um pouco de água e algumas pedras de gelo.

Aguardar para que entrem em equilíbrio térmico. 2. Colocar em um becker 50ml de água e esquentar com uma lamparina ou aquecedor

elétrico.

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3. Medir com a régua a altura da coluna líquida do termoscópio à temperatura ambiente.

h = ________mm 4. Fazer a leitura da temperatura ambiente indicada no termômetro (evite segurar no

bulbo com a mão) θC = _________

o C. 5. Colocar o termômetro na mistura gelo/água e fazer a leitura da temperatura. θPG = _________

o C.

6. Mergulhar o bulbo do termoscópio na mistura gelo/água. Após o equilíbrio térmico, marcar com a caneta a altura atingida pela coluna do líquido termométrico e medir esta altura com a régua. hPG = _________mm.

7. Medir a temperatura da água em ebulição colocando o termômetro em contato com

o líquido e anotar o resultado. θPV=_________

o C. 8. Repetir o processo anterior com o termoscópio, marcando a altura com a caneta

hidrográfica e depois medindo. Anotar o resultado. hPV=_________mm.

9. Reparar se no corpo do termoscópio, ao longo do tubo capilar, existem duas marcas

já feitas de fábrica. Se existem estas marcas indicam o PG e PV. Verifique se as suas marcas feitas com a caneta hidrográfica coincidem com aquelas. Se não coincidem, procure encontrar uma explicação para o fato. (SUGESTÃO: observe qual é a altitude em relação ao nível do mar em que se localiza a sua região. Lembre-se que a pressão atmosférica normal vale 1 atm = 760 mmHg = 1,01.105 Pa.)

10. Preencher com os dados anotados anteriormente a tabela abaixo.

Estado térmico θ (o C) h (cm) Ponto do gelo Ambiente Ponto do vapor

11. Construir um gráfico de θθθθ = f(h), no espaço abaixo.

12. Qual a forma de gráfico?

___________________________________________________________________

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13. Determinar o coeficiente angular. O que ele significa?

___________________________________________________________________

14. Em vista disto, qual é a relação de proporcionalidade entre a temperatura θθθθ e a altura h da coluna líquida? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

15. Deduzir a relação matemática entre a temperatura e a altura da coluna líquida, sem

substituir os valores de θθθθ e h. 16. Substituir nesta equação o valor de h, calcular o valor da temperatura ambiente

comparando-a com o valor medido no início da experiência.

17. Repetir as medidas de h para as marcas que a fábrica fez indicando as alturas de PG e PV. Completar a tabela abaixo.

Estado térmico θ (o C) h(cm) Ponto do gelo 0 Ambiente Ponto do vapor 100

18. Escrever um texto, relatando o que se conclui com a realização deste experimento.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

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EXPERIÊNCIA 03 - Capacidade Térmica do Calorímetro Definimos capacidade térmica (equivalente em água) como sendo a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou perder para que sua temperatura varie de 1o C.

Expressão matemática:

Q = m.c(θθθθ2 - θθθθ1) C = m.c

Q - quantidade de calor θθθθ - temperatura C - capacidade térmica M - massa c - calor específico

Dentro de um calorímetro existe uma quantidade de água retirada da torneira e nela colocamos uma quantidade de água quente. Para um pequeno intervalo de tempo o sistema (calorímetro) isolado do meio ambiente ou seja não troca calor com o meio ambiente, as trocas de calor após a mistura, devem ocorrer obedecendo ao principio da conservação da energia. A quantidade de calor cedida pela água quente é igual à quantidade de calor recebida pela água fria e pelo calorímetro. Estas trocas estão representadas na equação abaixo:

Q recebida (água fria) + Q recebida (calorímetro) + Q cedida (água quente) = 0

m1.cágua(θθθθE - θθθθ1) +C(θθθθE - θθθθ1) + m2.cágua(θθθθ2 - θθθθE) = 0

Na equação temos: m1 = massa de água fria m2 = massa de água quente θθθθ1 = temperatura inicial da água fria e do calorímetro θθθθ2 = temperatura inicial da água quente θθθθE = temperatura do equilíbrio térmico

Material Necessário - 01 calorímetro com capacidade de 230ml - 01 proveta 150ml

- 01 termômetro – 10º C a 110oC - 01 lamparina, - 01 caixa de fósforos - 01 tripé para lamparina, - 01 tela de amianto 10x10cm - 01 becker 250ml Procedimentos 1. Utilizando uma balança e uma proveta, colocar 50g de água retirada diretamente da

torneira na proveta. Medir primeiro a massa do recipiente vazio em seguida coloque 50g de água.

m1 = ________ g

2. Colocar esta água no calorímetro, agitar e aguardar o equilíbrio térmico. Com o termômetro medir esta temperatura (temperatura inicial da água no calorímetro).

θ1 = ________ ºC

3. Utilizando uma balança e uma proveta colocar 80g de água retirada diretamente da torneira.

m2 = ________ g

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4. Montar os acessórios conforme foto abaixo.

5. Colocar esta água no becker e aquecer até aproximadamente 60ºC. (esta

temperatura pode ser um pouco maior ou um pouco menor que 60º C). θ2= ________

oC 6. Antes de colocar a água quente no calorímetro, medir a massa de água em uma

balança e sua temperatura, este procedimento é necessário, pois parte do líquido evapora durante o aquecimento. Em seguida, colocar o líquido no calorímetro, tampar e colocar o termômetro. Observar seguidamente o comportamento da temperatura indicada no termômetro. Agitar suavemente o calorímetro para facilitar a troca de calor entre as quantidades de água e o copo do calorímetro. Esperar aproximadamente 3min até que a temperatura estabilize, esta temperatura é a de equilíbrio térmico.

θE= ________ oC

7. Completar a tabela com os dados coletados e determinar o valor da capacidade

térmica do calorímetro em cada caso a partir da equação abaixo. Calcular também o valor médio da capacidade térmica.

Q recebida (água fria) + Q recebida (calorímetro) + Q cedido (água quente) = 0

m1.c água (θE - θ1) +C(θE - θ1) + m2.c água (θ2 - θE) = 0

calor específico da água c = 1cal/g oC

C = [m2. (θ2 - θE) - m1. (θE - θ1)] / (θE - θ1)

C = ________

Experiência m1(g) m2(g) θθθθ1(º C) θθθθ2(º C) θθθθE(º C) C(g)

1 50 80 2 60 90 3 70 80

Média 8. Repetir a experiência mais duas vezes, colocar em uma delas uma maior quantidade

de água quente e na outra uma maior quantidade de água fria.

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9. Comentar sobre as possíveis fontes de erro experimental. 10. Calcular o valor médio da capacidade térmica para a turma.

___________________________________________________________________ 11. Deduzir, passo a passo, a equação. 12. Comentar sobre as principais fontes de erro nesta experiência.

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

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EXPERIÊNCIA 04 - CALOR ESPECÍFICO DO ALUMÍNIO O desenvolvimento desta experiência será baseado no princípio das trocas de calor. O calor será trocado entre a água, o corpo de prova (sólido) e o calorímetro. O calorímetro, tal como uma garrafa térmica, procura impedir a transmissão de calor através de suas paredes, portanto é considerado um recipiente adiabático. MATERIAL NECESSÁRIO

01 calorímetro com capacidade de 230mL, 01 proveta 150mL

01 termômetro – 10º C a 110oC, 01 lamparina, 01 caixa de fósforos 01 tripé para lamparina, 01 tela de amianto 10x10cm. 01 becker 250ml, 03 corpos de prova de alumínio 01 carretel de linha

PROCEDIMENTOS 1. Determinar a massa do corpo de prova. m1 = ______ g 2. Colocar água no Becker 150mL e aquecer até a ebulição. 3. Medir na proveta aproximadamente 100ml de água tirada da torneira. 4. Determinar a massa de água contida na proveta. (1mL= 1g) m2 =100g

5. Colocar esta água no calorímetro, agitar suavemente o conjunto durante 30s.

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6. Medir a temperatura do conjunto (calorímetro com a água).

θ2 = ______ °C

7. Colocar o corpo de prova na água em ebulição. 8. Aguardar alguns minutos e medir a temperatura do corpo (temperatura da água em

ebulição).

θ1 = ______ °C 9. Retirar o corpo de prova da água quente e colocá-lo rapidamente no calorímetro.

Agitar o conjunto suavemente. 10. Durante o processo, observar seguidamente a temperatura indicada no termômetro.

Aguardar até que temperatura se estabilize. 11. Medir a temperatura de equilíbrio térmico.

θE = ______ oC 12. Calcular o calor específico do corpo de prova aplicando o princípio das trocas de

calor. Q

recebida + Qcedido = 0

Água = Qa

Corpo de prova = Qp Calorímetro = Qc Qp + Qc + Qa = 0

Qp = m1.cx. (θ1 - θE) Qa = m2.c2. (θE - θ2)

cágua = 1cal/g .ºC calor específico da água. Qc = E. (θE - θ2)

C = m.c = calculado no experimento anterior.

CÁLCULOS

Q recebida(água) + Q recebida (calorímetro) + Q cedido (corpo de prova) = 0

m2.cágua (θE - θ2) +C.(θE - θ2) + m1. cx (θ1 - θE) = 0

cx = ________________

13. Comparar o valor do calor específico calculado com o tabelado. material Calor específico tabelado

(cal/goC) Calor específico calculado

(cal/goC)

alumínio 0,22 ferro 0,11 14. Qual a natureza da substância utilizada no experimento?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

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15. Por que o corpo de prova foi aquecido indiretamente?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

16. Por que é necessário aguardar alguns minutos, após a ebulição da água para utilizar

o corpo de prova? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

17. Por que o calorímetro deve ser agitado após a introdução do corpo de prova?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

18. Qual o valor obtido para o calor específico?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

19. Comparar o valor calculado do calor específico com o valor tabelado.

___________________________________________________________________ 20. O calor específico depende da substância?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

21. O calor específico depende da massa da substância?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

22. Qual a vantagem de se utilizar corpos de prova relativamente grandes?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________