relatório termometria
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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MATEUS BARBOSA
VICTOR SAID
VICTÓRIA CABRAL
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
TERMOMETRIA: CONSTRUÇÃO DE UM TERMÔMETRO DE ÁLCOOL
Salvador
2014
MATEUS BARBOSA
VICTOR SAID
VICTÓRIA CABRAL
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
TERMOMETRIA: CONSTRUÇÃO DE UM TERMÔMETRO DE ÁLCOOL
Relatório de prática experimental, solicitado pelo professor Thalisson Andrade, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Física III, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Prática realizada sob orientação do Prof. Thalisson Andrade.
Salvador
2014
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – (a) aumento da agitação da matéria, ampliação da energia térmica; (b)
redução da agitação da matéria, diminuição da energia térmica ................................ 5
Figura 2 – estrutura molecular e grau de liberdade: (a) sólido; (b) líquido; gás (vapor)
.................................................................................................................................... 7
Figura 3 – Variação do comprimento em função da variação de temperatura ............ 8
Figura 4 – Definição dos pontos fixos de gelo e de vapor ........................................... 9
Figura 5 – (a) Termômetro Finalizado; (b). Termômetro na Garra; (c). Posição do
álcool no tubo capilar. ............................................................................................... 11
Figura 6 – (a) Medição da altura da coluna do álcool no tubo capilar, após dez
minutos em repouso; (b). Termômetro sendo aquecido à temperatura corporal; (c)
Medição da temperatura corporal. ............................................................................. 12
Figura 7 – (a) Termômetro em gelo fundente; (b). Medição da coluna; (c) Medição
com termômetro de mercúrio. ................................................................................... 13
Figura 8 – Correspondência entre as alturas e as temperaturas na escala Celsius.. 15
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4
2 TERMOMETRIA: A MEDIÇÃO DA TEMPERATURA ............................................. 5
2.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS ............................................................................ 5
2.2 MEDIÇÃO COM TERMÔMETRO ......................................................................... 8
3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ..................................................................... 10
4 RESULTADOS ....................................................................................................... 14
4.1 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA AMBIENTE ...................................................... 14
4.2 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA CORPORAL ..................................................... 14
4.3 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA DO GELO FUNDENTE .................................... 14
4.4 CONSTRUÇÃO DA ESCALA .............................................................................. 15
5 QUESTIONÁRIO .................................................................................................... 17
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 20
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 20
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1 INTRODUÇÃO
De acordo com Ramalho (et. al., 2007, p. 2), termologia é a área da física
responsável por estudar os fenômenos que envolvem a energia térmica, os
fenômenos térmicos. Esses fenômenos englobam desde a mudança de estado físico
da matéria, aos processos de aquecimento e resfriamento, nos quais ocorrem
variações na temperatura dos corpos.
Para esse autor, a análise termológica pode ocorrer a partir da perspectiva
macroscópica, ou microscópica, todavia, os resultados obtidos devem estar em
consonância com ambas. Na termologia, há alguns conceitos fundamentais que
devem ser analisados, como: energia térmica, calor, equilíbrio térmico e os estados
de agregação da matéria.
Dentro da termologia há uma área responsável pelo estudo e análise das
medições térmicas, a termometria. Na termometria faz-se a medição da temperatura
por diversos métodos distintos, contudo o principal instrumento termométrico é o
termômetro. Esse mecanismo funciona com base em pontos fixos, que são
componentes básicos da escala. A partir da dilatação dos corpos a partir da variação
da temperatura, mede-se a última.
Este relatório busca realizar a apresentação dos resultados de uma prática
experimental a respeito da termometria. O objetivo é efetuar a construção de um
termômetro de álcool, tendo como base os conhecimentos teóricos ministrados ao
decorrer da primeira unidade pelo professor Thalisson Andrade, orientador do
experimento, no Instituto Federal da Bahia, câmpus Salvador, na disciplina Física III.
A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, as metodologias
empregadas foram: a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros,
websites, apostilas virtuais; a prática de laboratório, realizada com base no roteiro da
prática disponibilizado pelo docente; além dos conhecimentos teóricos ministrados
em classe.
5
2 TERMOMETRIA: A MEDIÇÃO DA TEMPERATURA
A termometria é a subárea da física que realiza o estudo dos métodos de
medição da temperatura. A temperatura, de acordo Ramalho (et. al., 2007, p. 3),
consiste na “medida do grau de agitação das moléculas”, isto é, a temperatura pode
ser mensurada com base na agitação molecular dos corpos.
2.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Os corpos são constituídos de matéria, a matéria é constituída de moléculas,
que por sua vez é constituída de átomos, que subdividem-se, também. As moléculas
que constituem a matéria não são estáticas, elas estão em contínuo movimento, que
é desordenado e caótico. Não havendo padrão definido, assumindo diversos
sentidos e direções, à essa movimento molecular denomina-se agitação térmica.
Para Ramalho (et. al., 2007, p. 2), “a energia cinética associada a esse
movimento é denominada energia térmica”, a qual é variável e relaciona-se
intimamente com os estados de agregação da matéria. Na Figura 1, ilustra-se o
efeito da variação da energia térmica na agitação térmica da matéria.
Figura 1 – (a) aumento da agitação da matéria, ampliação da energia térmica; (b) redução da
agitação da matéria, diminuição da energia térmica
Fonte: RAMALHO et. al., 2007, p. 2.
Na Figura 1 (a) ocorreu o aquecimento da água, consequentemente, houve o
aumento da energia térmica do fluido, causando o aumento da agitação da matéria.
Na Figura 1 (b) o mesmo fenômeno ocorre, contudo em sentido inverso: ao adicionar
gelo à água, a temperatura reduz-se, ocorre a redução da energia térmica e a
diminuição da agitação da água.
6
Em ambos os procedimentos é ilustrado o processo de variação da energia
térmica. Segundo Ramalho (et. al., 2007, p. 3), quando há uma diferença térmica
entre dois corpos, esses buscam entrar em equilíbrio, para isso ocorre o fluxo de
energia térmica de um corpo a outro, o calor. O calor é uma grandeza mensurável,
sendo medida em Joule [J] no Sistema Internacional de Medidas (SI), e usualmente
em Calorias [cal]. A equação 1 apresenta a relação entre as grandezas.
1 cal = 4,1868 J (1)
Como definido inicialmente, a temperatura consiste no nível de agitação das
moléculas que constituem a matéria. A concepção de temperatura relaciona-se,
portanto, intimamente com o aumento ou redução da energia térmica. O aumento da
energia térmica desencadeia em maior agitação das moléculas, logo aumenta-se a
temperatura. A redução da energia térmica, faz com que a agitação das moléculas
seja menor, em consequência há uma queda na temperatura. Portanto, para
Ramalho (et. al., 2007, p. 4), os corpos buscam equilíbrio térmico, que consiste no
fluxo de calor entre dois corpos:
pode ser explicada pela diferença entre suas temperaturas. Quando dois corpos são colocados em preença um do outro as moléculas do corpo quente (mais rápidas) transferem energia cinética para as moléculas do corpo frio (mais lentas). Com isso, as moléculas do corpo frio aumentam sua velocidade e as moléculas do corpo quente têm sua velocidade diminuída, até ser alcançada uma situação de equilíbrio. Em outras palavras, há transferência de energia térmica (calor) do corpo mais quente para o corpo mais frio
Com base nessa premissa, estabelece-se dois conceitos fundamentais dos
estudos termológicos:
Equilíbrio térmico: condição de equidade entre as temperatura de dois corpos
distintos. O equilíbrio térmico é o produto da troca de calor de dois corpos, cujas
temperaturas são diferentes. Esse equilíbrio é alcançado ao decorrer do tempo. Ao
fim do processo, não a troca de calor entre os corpos é inibida;
Lei Zero da Termodinâmica: “se dois corpos estão em equilíbrio térmico com
um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico entre si” (RAMALHO et. al., 2007, p. 4).
7
De acordo com Ramalho (et. al., 2007, p. 4), no contexto dos conceitos
fundamentais da termologia, e consequentemente da termometria, há ainda os
estados de agregação da matéria: sólido, líquido e gasoso, ilustrados na Figura 2.
Figura 2 – estrutura molecular e grau de liberdade: (a) sólido; (b) líquido; gás (vapor)
Fonte: RAMALHO et. al., 2007, p. 2.
As características desses estados são definidas a partir do volume e da
forma, bem como da interação entre as moléculas, seja por força de coesão ou
adesão. De acordo com o mesmo autor: “chamam-se de forças de coesão as forças
que se desenvolvem entre moléculas de mesma natureza, e forças de adesão as
que se desenvolvem entre moléculas de naturezas diferentes”.
Segundo Ramalho (et. al., 2007, p. 4-5), os sólidos, Figura 1 (a), são
caracterizados por possuírem, tanto o volume, quanto à forma definidos. Sendo
caracterizado por grande intensidade das forças de coesão molecular, baixo grau de
liberdade entre moléculas, com movimentos limitados à vibrações. Devido as
interações intermoleculares fortes, os sólidos tendem a formar “rede cristalina”
estáveis, sendo conhecidos, também, como retículos cristalinos.
Os líquidos, Figura 1 (b), não possuem forma definida, mas o volume é uma
grandeza mensurável. Assim como os sólidos, possuem forte coesão entre
moléculas, contudo nos sólidos o afastamento são menores. Líquidos distinguem-se
desses últimos, por possuírem maior grau de liberdade de movimento, tendo em
vista que “deslizam umas em relação as outras” (RAMALHO et. al., 2007, p. 5).
Os gases, Figura 1 (b) distinguem-se dos anteriores, pois não possuem nem
volume, nem forma definidas; assumem as dimensões do recipiente no qual estão
contidos, em sua totalidade. Possuem baixíssima força de coesão entre moléculas,
contudo têm grande liberdade de movimento, consideravelmente maior que nos
estados anteriores.
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2.2 MEDIÇÃO COM TERMÔMETRO
A medição de temperatura faz-se necessário, pois torna a medida dessa
grandeza precisa e exata, independendo das sensações térmicas do indivíduo. Um
dos principais instrumentos utilizados na medição de temperatura é o termômetro.
De acordo com Ramalho (et. al., 2007, p. 9), os termômetros realizam a medição à
partir de “variações que certas propriedades dos corpos sofrem quando muda a
sensação térmica”.
O mesmo autor exemplifica esse princípio utilizando a dilatação do
comprimento de alguns corpos com a ação da variação da temperatura. A análise da
temperatura, nesse caso, pode ser feita tendo em vista que para cada temperatura θ
haverá uma dilatação x. Desse modo, torna-se possível realizar a medição indireta,
por inferência de outras variáveis, da temperatura.
Nesse contexto, assume-se que x é a grandeza termométrica, que
corresponderá a um valor de temperatura θ. Os termômetros utilizam como
grandeza termométrica, aquela que corresponde à um valor de temperatura θ, o
comprimento L. Então, para cada valor que o comprimento do termômetro assumir,
haverá uma temperatura correspondente, fazendo-se assim a medição da
temperatura, como ilustrado na Figura 3.
Figura 3 – Variação do comprimento em função da variação de temperatura
Fonte: RAMALHO et. al., 2007, p. 9.
A medição nesses instrumentos faz-se por meio do equilíbrio térmico. A
temperatura é uma variável de propagação lenta, portanto, até que o termômetro
esteja na mesma temperatura do meio à ser medido, levará algum tempo. Quando
esse equilíbrio térmico é alcançado, o termômetro terá um comprimento equivalente
9
à temperatura do ambiente, tendo em vista que para cada temperatura, há um
comprimento específico do material. Salienta-se que o material mais utilizado na
confecção de termômetros é o mercúrio.
De acordo com Ramalho (et. al., 2007, p. 11), ao “conjunto dos valores
numéricos que a temperatura θ pode assumir constitui uma escala termométrica,
que é estabelecida ao se graduar um termômetro”. Portanto, a escala termométrica
é a relação entre temperatura e comprimento, que possibilita a medição da
temperatura com precisão e exatidão.
Essa graduação é determinada com base em pontos fixos, que são valores de
temperatura, de fácil reprodução e invariáveis no tempo. Por convenção Ramalho
(et. al., 2007, p. 11), informa que são utilizados como ponto fixos na graduação de
um termômetro de mercúrio: o ponto de gelo (θG) da água, que é a “temperatura de
fusão do gelo sob pressão normal (1 atm)”; e o ponto de vapor (θV) da água, que
consiste na “temperatura de ebulição da água sob pressão normal (1 atm)”. Para o
procedimento, adiciona-se o termômetro nos ambientes com as temperaturas
referentes à ambos os pontos, como na Figura 4.
Figura 4 – Definição dos pontos fixos de gelo e de vapor
Fonte: RAMALHO et. al., 2007, p. 11.
Em seguida, arbitra-se valores de temperaturas para ambas as alturas, a
menor delas atribui-se o ponto de gelo, e a maior o ponto de vapor. O intervalo entre
θV e θG deve ser dividido em partes congruentes, iguais; desse modo estabelece-se
a escala do termômetro: “cada uma das partes em que fica dividido o intervalo é a
unidade da escala (o grau da escala)” (RAMALHO et. al., 2007, p. 11).
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3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
As atividades práticas foram iniciadas com a leitura dos roteiros fornecidos
para os estudantes e com orientações do professor responsável. A maioria dos
materiais utilizados para a realização da prática já estavam sobre a bancada e
preparados para o uso, como, por exemplo, o tubo de ensaio, o tubo capilar e a
rolha, que já estavam montados de forma que a rolha tampava o tubo de ensaio e o
tubo capilar estava introduzido em um furo localizado no meio da rolha
ultrapassando de quatro a cinco centímetros a outra face da rolha. O tripé e garra
também já estavam montados e foram utilizados no decorrer da prática para apoiar o
tubo de ensaio. Dos materiais utilizados apenas o álcool e o gelo fundente não
estavam na bancada. Os mesmos estão posicionados sobre a pia do laboratório.
Para iniciar a construção do termômetro de álcool, os componentes da equipe
se dirigiram para a pia do laboratório para que o álcool pudesse ser colocado no
tubo de ensaio, que funcionaria como bulbo do termômetro de álcool. A rolha que
tampava o tubo de ensaio foi retirada, mantendo-se, contudo, o tubo capilar
introduzido na rolha, para que o álcool fosse colocado através de um funil no tudo de
ensaio.
No começo foram introduzidas grandes quantidades de álcool, mas à medida
que o tubo foi ficando cheio, a intensidade de entrada do álcool foi reduzida para
evitar desperdício. Em seguida, a rolha foi novamente colocada no tubo de ensaio,
que estava com álcool até sua “boca”. A pressão que a rolha fez quando foi
colocada no tubo fez com que o álcool subisse pelo tubo capilar até a sua metade,
como ilustrado na figura 5 (a).
Posteriormente, o termômetro já com sua construção concluída, foi levado
cautelosamente para a bancada por um dos componentes da equipe para ser
colocado na garra do tripé. O termômetro de álcool foi fixado na garra de modo que
o mesmo descansasse por dez minutos, sem contado com nenhuma pessoa, para
que ele atingisse a temperatura ambiente, que no momento da realização da prática
era de 24°C, de acordo com a medição feita por um termômetro de mercúrio
utilizado.
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Figura 5 – (a) Termômetro Finalizado; (b). Termômetro na Garra; (c). Posição do álcool no tubo capilar.
(a) (b) (c)
Fonte: AUTORIA PRÓPRIA.
Para colocar o termômetro construído na garra, um componente da equipe
afrouxou a mesma permitindo que outro componente segurasse o objeto dentro da
garra. O mesmo componente que afrouxou, agora apertou a garra fazendo com que
o termômetro ficasse fixo, como representado na figura 5 (b). A posição do álcool no
tubo capilar, logo após o termômetro ser fixado na garra, é representada na figura 5
(c).
Após os dez minutos em que o termômetro ficou suspenso e em descanso
para que o álcool se aproximasse ao máximo da temperatura ambiente, foi realizada
a medição da altura do álcool no tubo capilar utilizando-se uma régua de madeira
graduada em milímetros, como representado na figura 6 (a). Para essa medição, a
régua foi colocada paralelamente ao tubo capilar por um componente da equipe e
outro leu o valor na régua. Esse valor será apresentado no tópico seguinte sobre os
Resultados.
Anteriormente, o termômetro de álcool foi retirado da garra do tripé e foi posto
em contato com uma parte do corpo de um dos componentes da equipe. A parte do
corpo escolhida foram as mãos, como representado na figura 6 (b). O componente
deveria manter o termômetro em contato com as mãos por dez minutos para que o
mesmo atingisse a temperatura corporal. Todavia, a dilatação do álcool por causa
do calor recebido, fez com que o mesmo atingisse a extremidade do tubo capilar
com 9 minutos de contato com o as mãos. Para evitar que o álcool começasse a
derramar e comprometesse as etapas posteriores da prática, o minuto que faltava
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para completar o tempo de dez minutos estabelecidos pelo roteiro da prática foi
descartado.
Figura 6 – (a) Medição da altura da coluna do álcool no tubo capilar, após dez minutos em repouso;
(b). Termômetro sendo aquecido à temperatura corporal; (c) Medição da temperatura corporal.
(a) (b) (c)
Fonte: AUTORIA PRÓPRIA.
Com o termômetro ainda na mão do componente da equipe, foi realiza a
medição da altura da coluna de álcool utilizando a régua de madeira como
representado na figura 6 (c). Esse valor da altura, também apresentado no tópico
seguinte, representa a temperatura corporal do componente da equipe e que no
momento da prática foi assumida como 36,5°C.
Posteriormente, o termômetro de álcool foi introduzido em um Becker
contendo gelo fundente como representado na figura 7 (a). O termômetro foi deixado
por quinze minutos dentro do Becker para que o equilíbrio térmico ou algo próximo a
isso fosse atingindo.
Depois dos quinze minutos a altura da coluna foi medida com a régua de
madeira da mesma forma que nas medições anteriores. Essa medição é
representada pela figura 7 (b). Como a altura da coluna de álcool não ficou com sua
extremidade escondida pela rolha depois dos quinze minutos de retração, não houve
a necessidade de empurrar a rolha para aumentar a pressão no tubo de ensaio e
fazer com que álcool subisse pelo tubo capilar para possibilitar a medição com a
régua.
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Figura 7 – (a) Termômetro em gelo fundente; (b). Medição da coluna; (c) Medição com termômetro de mercúrio.
(a) (b) (c)
Fonte: AUTORIA PRÓPRIA.
A altura dessa coluna representa a temperatura do gelo fundente, a qual
também foi medida com o termômetro de mercúrio, como ilustrado na figura 7 (c). O
termômetro de mercúrio foi colocado no Becker com o gelo fundente depois que o
termômetro de álcool foi retirado. Ele permaneceu no Becker apenas por cinco
minutos, tempo suficiente para atingir o equilíbrio térmico ou algo próximo, pelo fato
de ser um termômetro fabricado industrialmente.
Os resultados obtidos durante o procedimento experimental foram
considerados satisfatórios pelos componentes e foram resultados esperados, não
havendo, portanto, grandes fontes de erro. Esse último é devido principalmente à
sobrecarga posta sobre a rolha do tubo de ensaio no momento em que a régua de
madeira foi apoiada sobre a mesma para a realização das medições da altura da
coluna de álcool. A sobrecarga na rolha aumentou a pressão dentro do tubo de
álcool, fazendo com que o mesmo subisse pelo tubo capilar. Contudo, o problema foi
percebido a tempo de se evitar uma mudança muito grande nos valores. Esse
imbróglio ocorreu durante a medição em que o termômetro estava no gelo fundente.
Além disso, a prática foi refeita para garantir resultados coerentes. Isso
porque durante a primeira vez em que estava sendo realizada, a rolha soltou do tubo
de ensaio derramando um pouco de álcool, o que consequentemente comprometeria
os resultados seguintes. Dessa forma, a prática foi reiniciada.
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4 RESULTADOS
4.1 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA AMBIENTE
O termômetro de álcool permaneceu durante dez minutos na garra do tripé,
sem contato com as pessoas para que o álcool chegasse o mais próximo possível
do equilíbrio com a temperatura ambiente, que era de 24°C durante a prática. A
medição da coluna após os dez minutos foi de:
ℎ = 31,9 𝑐𝑚
4.2 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA CORPORAL
Depois de quinze minutos com o termômetro nas mãos de um componente da
equipe, para que o álcool novamente atingisse o equilíbrio, a medida da altura da
coluna foi de:
ℎ1 = 44,8 𝑐𝑚
A temperatura corpórea foi assumida como 36,5. O aumento da altura da
coluna de álcool em 12,9 centímetros em relação à medição na temperatura
ambiente é natural. Isso ocorre pelo fato de o álcool receber energia térmica (calor)
do corpo, o que aumenta o grau de agitação das moléculas e faz com que o líquido
se dilate.
4.3 MEDIÇÃO NA TEMPERATURA DO GELO FUNDENTE
Com 15 minutos no gelo fundente, a medida da altura da coluna de álcool foi
de:
ℎ0 = 5 𝑐𝑚
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Dessa vez ocorre o contrário do item anterior. O termômetro de álcool cede
energia térmica (calor) para o meio, já que é o corpo mais quente e o calor flui
espontaneamente do corpo de maior temperatura para o corpo de menor
temperatura, de acordo com a Lei Zero da Termodinâmica. Como perde energia
térmica, o grau de agitação molecular diminui e ocorre então uma contração do
álcool dentro do tubo capilar, fazendo com que a altura da coluna diminua. Nessa
medição, a temperatura do gelo fundente, de acordo com o termômetro de mercúrio
utilizado, era de 5°C.
4.4 CONSTRUÇÃO DA ESCALA
Tendo o conhecimento de pontos fixos no termômetro de álcool, que são a
temperatura do gelo fundente h0 = h2 e a temperatura corporal h1, é possível
construir uma escala termométrica por meio da correspondência entre as alturas
medidas e os valores reais de temperatura, na escala Celsius, como representado
na figura 8.
Figura 8 – Correspondência entre as alturas e as temperaturas na escala Celsius.
Fonte: AUTORIA PRÓPRIA.
A partir dessa correspondência entre esses pontos fixos: temperatura
corpórea, em que h1 equivale a Tc e a temperatura do gelo fundente, em que h0 =
h2 e equivale a Tg, é possível estabelecer relação descrita pela equação 2.
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ℎ−ℎ0
ℎ1−ℎ0=
𝑇𝑎−𝑇𝑔
𝑇𝑐−𝑇𝑔 (2)
Desta forma, é possível encontrar um valor correspondente Ta na escala
Celsius para um valor h medido com a régua de madeira a uma temperatura
desconhecida. Substituindo o valor de h na equação 2, obtemos a equação 3 pela
altura de 31,9 centímetros, referente temperatura ambiente durante a realização da
prática, é possível encontrar um valor correspondente na escala Celsius e verificar
se este se aproxima dos 24°C medidos com o termômetro de mercúrio durante a
prática.
31,9 − 5
44,8 − 5=
𝑇𝑎 − 5
36,5 − 5
26,9
39,8=
𝑇𝑎 − 5
31,5
𝑇𝑎 = 26,2°𝐶 (3)
A diferença entre o valor medido no termômetro de mercúrio e o valor
calculado através da equação Y foi de: 26,2 – 24 = 2,2°C. É uma diferença
razoavelmente pequena que se deve principalmente ao fato de o termômetro de
álcool ser de construção caseira e não seguir nenhum parâmetro ou norma. Além
disso, essa diferença pode ser atribuída a variações no nível do álcool no tubo
capilar, que ocorreram durante as medições e o manuseio e também ao minuto
desprezado durante o contato do termômetro com as mãos de um componente da
equipe.
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5 QUESTIONÁRIO
1- O que é propriedade termométrica?
Propriedades termométricas são características que determinados sistemas
apresentam ao serem submetidos à variações de temperatura. Algumas das
propriedades termométricas são: a variação de pressão em um gás confinado, o
aumento da resistência elétrica e a dilatação dos corpos, sem a qual se tornaria
impossível medir a variação de temperatura utilizando-se de termômetros.
2- nessa experiência, qual propriedade termométrica foi utilizada?
A propriedade termométrica utilizada na experiência foi a dilatação do
comprimento da altura da coluna de álcool.
3- quais substâncias termométricas que foram utilizadas nessa
experiência?
As substâncias termométricas utilizadas foram o álcool, cuja dilatação foi
utilizada na elaboração de uma tabela termométrica; e gelo fundente, que foi
utilizado para marcar o ponto h0.
4- que pontos fixos foram utilizados na construção do seu termômetro?
Foram demarcados dois pontos fixos na construção do termômetro, pontos
esses que indicam a altura máxima e mínima atingida pelo fluido contido no capilar.
O ponto mínimo foi o gelo fundente, no qual o termômetro indicou o ponto que foi
considerado h0 na escala construída, e corresponde a 4ºC. O ponto máximo do
termômetro, denominado de ponto h1, corresponde à temperatura corporal de um
indivíduo, que foi considerada 36ºC.
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5- calcule o erro relativo percentual de temperatura de ambiente obtida
com o termômetro a álcool.
Para calcular o erro relativo percentual primeiramente é necessário lembrar-
se da expressão que realiza a correspondência entre ºC e as alturas encontradas,
equação 4.
h−h0
h1−h0=
Ta−Tg
36,6−Tg (4)
Relembrada essa fórmula basta calcular a correspondente temperatura
ambiente em graus Celsius, equação 5 e 6.
31,9−5
44,8−5=
Ta−4
36,6−4→
26,9
39,8=
𝑇𝑎
32,6 (5)
39,8Ta − 159,2 = 876,9 → 39,8Ta = 1036,14
𝑇𝑎 = 1036,14
39,8→ 𝑇𝑎 = 26,03℃ (6)
Com essa fórmula torna-se possível encontrar a temperatura que era indicada
pelo termômetro de álcool, porém a temperatura indicada pelo termômetro de
mercúrio indicava 24ºC e com esses dois dados se torna possível encontrar o erro
relativo percentual, que é expresso pela equação 7.
𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑜|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑜× 100 (7)
Nesse caso o valor exato será o valor indicado pelo termômetro de mercúrio e
o valor aparente será o encontrado através dos cálculos.
𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =|26−24|
24× 10 → 𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
2
24× 100 →
𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 ≅ 8,3% (8)
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6- é possível melhorar a sensibilidade do seu termômetro? Dê uma
sugestão de como fazê-lo.
O termômetro caseiro construído possuía como bulbo um tubo de ensaio
totalmente preenchido por álcool etílico. Para aumentar a sensibilidade do
termômetro, deve ser substituído o bulbo de vidro e álcool por um de alumínio, ou
outro material metálico, pois como os metais possuem alta capacidade de condução
de calor, este será transmitido sem grande tempo morto.
7- Você poderia ter usado como ponto de calibração para o termômetro
a temperatura da ebulição da água ao nível do mar? Por quê?
Não. A água ao nível do mar entra em ebulição ao atingir 100ºC, enquanto o
álcool etílico entra em ebulição aos aproximados 78,4ºC, temperatura que como se
pode observar é inferior ao ponto de ebulição da água, então caso fosse utilizado um
termômetro de álcool caseiro para medir a dilatação causada pela água em ebulição,
a troca térmica entre ambos os corpos faria com que o álcool entrasse em ebulição,
consequentemente alterando a quantidade de álcool em estado líquido no capilar e
por conta disso, inviabilizando quaisquer medições futuras.
8- enumere os principais “defeitos” e qualidades do seu termômetro.
O termômetro construído em sala foi feito utilizando Álcool, que por não ser
tóxico como o mercúrio traz a vantagem da segurança ao termômetro, sem contar
que é barato para se construir e durável, porém esse mesmo termômetro não possui
a precisão de um termômetro de mercúrio, e sua faixa de medição é restrita a
temperaturas baixas, abaixo do nível de ebulição da água, pois o ponto de ebulição
do álcool é baixo. Outro defeito que pode ocorrer em termômetros de álcool é a
separação de parte do álcool por capilaridade, evento que pode apesar de ser
reversível causa transtornos ao operador.
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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi visto que a temperatura pode ser definida como o grau de agitação das
moléculas de um determinado sistema, e foi visto que a termometria é um ramo da
física que estuda maneiras de se mensurar a temperatura com eficácia. Também foi
discutido os conceitos fundamentais da termometria, tais a energia térmica das
moléculas que geram o seu movimento caótico, e como o aumento ou diminuição
dessa energia pode ocasionar a redução bem como o aumento dessa energia, e a
explicação de como essa energia basicamente se comporta levou a outros
conceitos, como o de equilíbrio térmico e à Lei zero da termodinâmica.
Apresentou-se que algumas dessas propriedades não se aplicam aos gases,
e passando após a descrição no procedimento experimental foi observado a
propriedade termométrica da dilatação dos corpos, a qual foi tema do experimento e
com se utilizando foi possível construir um termômetro experimental, o qual, com o
auxílio de uma expressão que foi posta no roteiro foi calculado o erro relativo
apresentado pelo termômetro construído, e com os dados que foram colhidos no
experimento foi possível a resolução das questões propostas, que auxiliaram na
compreensão do funcionamento dos termômetros e sua importância em diversos
aspectos.
REFERÊNCIAS
RAMALHO J., F.; FERRARO, N. G.; SOARES, P. A. T. Os fundamentos da física. 9. ed. São Paulo: Moderna, 2007.