condutividade termica de um isolante

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Laboratrios de Fsica

Condutividade Trmica de um Isolante

DEFI-NRM-1010 Verso: 01 Data: 14/03/2008

Departamento de Fsica Pgina 2/6

Estudo da propagao de calor por conduo num isolante; Determinao da condutividade trmica do isolante perspex.

Introduo Terica

A quantidade de calor conduzida atravs de um disco de superfcie S e espessura e, quando existe uma diferena de temperatura 1 - 2 entre as duas bases, no tempo t :

Em que k a condutividade trmica do material de que feito o disco (neste caso de perspex).

MTODO DE LEES CHARLTON

O aparelho de Lees Charlton consta de um ebulidor onde se deita gua que aquece. Um tubo conduz o vapor de gua do ebulidor para um cilindro metlico (superior) e deste sai um outro tubo que permite o escape do vapor para a banca. Este cilindro oco e sua base pode adaptar-se um disco de perspex e um cilindro macio, tambm metlico.

Aquecendo a gua no recipiente de vidro, o vapor aquece o cilindro superior; h um desequilbrio entre a temperatura do cilindro e o meio ambiente, mas atingir-se- um equilbrio trmico quando a quantidade de calor cedida ao exterior pelo cilindro superior igualar a recebida pelo vapor de gua. Seja 1 a temperatura ento atingida, esta ser a temperatura da face superior do disco de perspex. O fluxo de calor propaga-se por conduo atravs do disco e do cilindro inferior. Este aquecer relativamente temperatura ambiente at o equilbrio trmico entre a quantidade de calor recebida atravs do disco e a cedida para o exterior, ser estabelecido. Seja 2 a temperatura ento atingida, esta ser a temperatura da face inferior do disco.


DEF

I-NR

M-10

10

( )e

t21SkQ =





Para determinar a quantidade de calor perdida pelo cilindro inferior por unidade de tempo, aquecemo-lo a uma temperatura cerca de 10 oC superior a 2 e registamos a sua curva de arrefecimento. Teremos ento:

Em que C a capacidade trmica do cilindro. Teremos ento:

E finalmente poder-se- calcular a condutividade trmica do perspex, atravs da expresso:

(W m-1 K-1)

Esquema de Montagem

LEGENDA:

A - Cilindro metlico superior oco B - Cilindro metlico inferior macio C - Disco de perspex (material a ensaiar) D - Termmetro digital E - Lamparina F - Ebulidor

2

CQ

=

t

( )2

12

=

tC

e

Sk

( )212

=

tSeCk

A

E

F

D B

OC OC

2 1





Material Necessrio

Aparelho de Lees Charlton; 2 Termmetros (de100 0C); Ebulidor; Fogo elctrico; Lamparina de lcool; Disco de cortia; Disco de perspex; Cronmetro; Palmer; Rgua.

Procedimento

1. Colocar o disco de perspex entre o cilindro macio e o cilindro oco.

2. Aps a ligao do fogo elctrico para aquecer o ebulidor, aguardar a estabilizao da temperatura lida no termmetro superior (1 = 98 oC) e a temperatura lida no termmetro inferior (2 55 oC), o que corresponde a um regime de temperatura permanente de conduo de calor atravs do disco de perspex.

3. Quando se estabelecer o regime permanente, desligar o fogo.

4. Afastar o cilindro superior (oco) do cilindro inferior (macio) e colocar sobre este ltimo uma placa de cortia (material isolante). No voltar a colocar o cilindro superior sobre o inferior.

5. Aquecer com uma lamparina de lcool o cilindro inferior at uma temperatura de cerca de (2 +10), aps o que se retira essa fonte de calor.

6. Proceder ao estudo da radiao de calor para o ambiente anotando, com o auxlio de um cronmetro, a variao de temperatura com o tempo na vizinhana de 2 (ao fim de quanto tempo varia um grau, desde (2 +10) at (2 -10)).





7. Esta anlise permite obter uma representao grfica do tipo = (t), conforme a figura abaixo. atravs desta que se obtm o valor (valor negativo).

8. Determinar a condutividade trmica do perspex pela expresso seguinte, sendo:

C- capacidade trmica do cilindro macio; C= 784,3 J / K. e- espessura do disco de perspex S- rea da superfcie do disco de perspex

8. Calcular os erros associados a cada grandeza medida.

9. Aps pesquisa do valor terico da condutividade trmica do perspex, determinar o erro absoluto e relativo associados determinao experimental que efectuou.

ATENO: No esquecer anotar a espessura e dimetro do disco de perspex, com a ajuda de um micrmetro e de um paqumetro, respectivamente.

t

2 + 10

(K)

t

2 - 10

t(s)

( )212

=

tSeCk





Questes

1) Diga o que entende por: - condutividade trmica; - capacidade trmica; - regime permanente de transferncia de calor.

2) Quais os processos de transferncia de calor envolvidos nesta experincia? Explique e descreva cada um deles.

3) De que forma que a capacidade trmica de um material est relacionada com a condutividade trmica do mesmo?

4) Explique porque se realiza o ponto 4 nesta experincia (colocao de um disco de cortia sobre o disco de perspex).

Referncias Bibliogrficas

Determinao do coeficiente de Condutibilidade Trmica pelo Mtodo de Lees e Charlton

Experincia 73 - A Laboratory Manual of Physics de F. Tyler Experincia 3 - Laboratrio de Termodinmica (Departamento de Fsica - FCUP)

condutividade termica de um isolante

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