A FISICA PRATICA BOMBA DE CALOR

[pic 1]

ANA CALMON, KAREN MARQUES, RAÍSSA PEREIRA, RAQUEL SOUZA, VINÍCIUS BARRETO, VITOR BARRETO

PRÁTICA 8 – BOMBA DE CALOR

Relatório para o laboratório de Física II

SALVADOR

2019

ANA CALMON, KAREN MARQUES, RAÍSSA PEREIRA, RAQUEL SOUZA, VINÍCIUS BARRETO, VITOR BARRETO

PRÁTICA 8 – BOMBA DE CALOR

Relatório para o laboratório de Física II

Relatório da prática 8 apresentado à disciplina Física Experimental II, como um dos requisitos para apreciação da nota final.

Orientador: Professor Erick Santana

SALVADOR

2019

1. Objetivo

        Levantar a variação temporal das temperaturas de cada calorímetro e da diferença de potencial U com a bomba sujeita a uma corrente elétrica I constante. A partir da determinação das taxas de variação da temperatura de cada calorímetro e da potência dissipada  determinar, com respectivas imprecisões¹:[pic 2]

        i) a capacidade calorífica dos calorímetros  (são iguais);[pic 3]

        ii) o coeficiente de rendimento da bomba de calor ;[pic 4]

        iii) A produção de entropia total do processo .[pic 5]

2. Introdução

          Quando uma corrente elétrica flui através de um circuito composto de dois diferentes semicondutores, o calor será liberado em uma junção e absorvido na outra, dependendo da direção em que a corrente estiver fluindo. Este efeito é conhecido como Efeito Peltier. A quantidade de calor , liberada por unidade de tempo é proporcional a corrente I:[pic 6]

                                                     = 𝑃 = 𝜋.𝐼 = 𝛼.𝑇.𝐼                                                             (2.1)[pic 7]

onde π é o coeficiente Peltier, α o coeficiente Seebeck e T a temperatura absoluta. Se uma corrente elétrica I flui em um condutor homogêneo, na direção de um gradiente de temperatura , o calor será absorvido ou dissipado, que depende do material. Este efeito é conhecido como Efeito Thomson e pode ser descrito como:[pic 8]

                                                                     𝑃 = 𝜏.𝐼.                                                          (2.2)[pic 9][pic 10]

onde 𝜏 é chamado de coeficiente Thomson. A direção na qual o calor fluirá depende do sinal do coeficiente de Thomson, da direção em que a corrente fluirá e do gradiente de temperatura.

        Na figura 2.1 abaixo, os fluxos de calor que sai da fonte fria, 𝐻𝑓 , e o que entra na fonte quente, 𝐻, juntamente com a potência elétrica  fornecida pela fonte de tensão são positivos. Considerando que a bomba de calor e as fontes estão, por hipótese, isoladas de todos o resto, não há trocas de calor entre o ambiente e a fonte quente e fria. [pic 11][pic 12]

[pic 13]

Figura 2.1: Fluxo de calor no termogerador (bomba de calor).

De acordo com a primeira lei da termodinâmica, o fluxo de calor pode ser escrito como:

                                                                       𝐻𝑓 = −𝐶𝑓.                                                                   (2.3)[pic 14]

e

                                                                     𝐻 = −𝐶.                                                                    (2.4)[pic 15][pic 16][pic 17]

        Levando em conta que a energia precisa ser conservada teremos:

                                                                    𝐻                                                                    (2.5)[pic 18]

3. Materiais

• Termo gerador;
• Multímetros;
• Termômetros;
• Fonte de tensão;
• Cabos de ligação.

 

4. Procedimento Experimental

4.1 Dados Experimentais

Ao preencher as células Peltier com água nos dois lados, ligamos a fonte e fixamos a corrente em 2A. Partimos para a medição. A cada 30 segundos passados, registramos as medições de temperatura na fonte fria (), na fonte quente (), as medições de tensão e as pequenas variações de corrente elétrica. O tempo total foi de 14 minutos. Armazenamos os dados na tabela a seguir:[pic 19][pic 20]

Tabela 4.1: Dados obtidos para o tempo cronometrado.

Medição	Tq(ºC)	Tf(ºC)	Tensão(V)	Corrente(A)	Potência(W)
1	26	25	6,37	2,042	13,007
2	27	25	6,50	2,041	13,267
3	27	25	6,56	2,041	13,389
4	28	25	6,58	2,041	13,430
5	29	24	6,64	2,041	13,552
6	30	24	6,69	2,040	13,648
7	31	24	6,70	2,041	13,675
8	31	24	6,74	2,041	13,756
9	32	23	6,80	2,040	13,872
10	33	23	6,85	2,040	13,974
11	33	23	6,89	2,040	14,056
12	34	22	6,93	2,040	14,137
13	35	22	6,99	2,040	14,260
14	35	22	7,02	2,040	14,321
15	36	22	7,06	2,040	14,402
16	36	21	7,10	2,040	14,484
17	37	21	7,16	2,040	14,606
18	37	21	7,17	2,040	14,627
19	38	21	7,21	2,040	14,708
20	38	20	7,24	2,040	14,770
21	39	20	7,27	2,040	14,831
22	39	20	7,34	2,040	14,974
23	40	20	7,34	2,040	14,974
24	40	20	7,37	2,040	15,035
25	41	20	7,39	2,040	15,076
26	41	20	7,43	2,040	15,157
27	41	20	7,44	2,040	15,178
28	41	20	7,49	2,040	15,280