As Medidas de Calor

1. Objetivo

Realizar a medida de temperatura na direção axial de uma barra de bronze-alumínio e determinar o fluxo de calor.

1. Metodologia

Para a realização do experimento foi utilizado os seguintes equipamentos e objetos:

• Maçarico da marca Jama e modelo WPT-4000 com temperatura de chama diabatica de 1970ºC.
• Termômetro da marca Minipa e modelo MT-320 com precisão e incerteza de 0,5 ºC.
• Paquimetro da marca Digimess com precisão de 0,02 mm e incerteza de 0,01 mm.
• Barra de bronze-alumínio com diâmetro de 25,9 mm e área igual a 1053,7 mm² juntamente com um suporte para a mesma.

Na Figura 1 podemos observar a montagem final do experimento e seu funcionamento.

[pic 1]

Figura 1- Montagem final do experimento.

A barra de bronze-alumínio possuía quatro pontos dos quais foram retirada as medidas de temperatura através do termômetro infravermelho e também foi medida a distancia de cada um desses pontos até a extremidade da barra utilizando o paquímetro além do diâmetro da barra.

Como se pode observar na Figura 1 a barra foi aquecida pelo maçarico e então foram realizadas as medidas de temperatura nos pontos já citados em cinco intervalos de tempo.

Além das medidas realizadas em laboratório foi pesquisado o valor do coeficiente de condutividade térmica do bronze alumínio 4200 W/m.K (watt por metros kelvin) e em seguida foi calculado o fluxo de calor pela Lei da condução de Fourier que é a seguinte:

[pic 2]

Onde ϕ é o fluxo de calor, Q é o calor, ∆t é o intervalo de tempo, k é o coeficiente de condutividade térmica, A é a área de seção da barra, ∆T é a diferença de temperatura entre as duas extremidades e L o comprimento da barra.

1. Resultados e Discussões

Na Tabela 1 podemos ver as distancias dos pontos em relação a uma das extremidades da barra que foram obtidas com o auxilio do paquímetro e as temperaturas nos mesmos medidas com o auxilio do termômetro em cada intervalo de tempo.

Ponto	Distancia (mm)	Temp. em 1 min (ºC)	Temp. em 2 min (ºC)	Temp. em 3 min (ºC)	Temp. em 4 min (ºC)
0	-	1970	1970	1970	1970
1	6,50	29,0	30,0	31,5	32,5
2	14,40	29,0	32,0	30,0	35,5
3	22,90	27,0	29,0	28,5	32,5
4	31,38	26,0	24,5	27,0	31,0

Tabela 1 - Medidas obtidas no experimento.

O ponto 0 é a ponta da chama com sua temperatura diabática de 1970 ºC.

Temos então os seguintes gráficos da temperatura em relação aos pontos nos intervalos de 3 e 4 minutos:

[pic 3]

[pic 4]

Podemos ver que os gráficos se assemelham bastante como o esperado.

Então temos que para os gráficos considerando os pontos 3 e 4:

Q= -k.A.dt/dx

e

dt/dx ~ ∆T/∆x

Logo

dt/dx = 1,5 / 0,00848 (Kelvin/Metros) = 176,89

E, portanto

Q = -4200 x 1,0537 x 176,89 = -782,834 KJ

Pela Lei de condução de Fourier temos que em um intervalo de tempo de 3 minutos o fluxo de calor ϕ é igual a -4349,1 J/s.

1. Conclusão

Podemos notar que no intervalo de tempo de 1 minuto a temperatura no ponto 2 permanece igual a temperatura no ponto 1 enquanto nos intervalos de 2 e 4 minutos a temperatura no ponto 2 é maior que a do ponto 1 indo de encontro ao esperado que é de que a temperatura fosse diminuindo conforme fosse se afastando da extremidade que estava recebendo o calor, isso pode ter ocorrido por dois fatores, primeiro um erro na medição, já que as medidas não eram simultâneas e portanto a diferença no tempo de medição do ponto 1 para o ponto 2 fosse responsável pelo erro já que no momento em que se mede o ponto 2 mais calor já teria entrado no sistema tudo isso aliado ao segundo fator que é a proximidade dos pontos a alta condutibilidade térmica do cobre alumínio e seu alto fluxo de calor.

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