A Construção e estudo de uma escala termométrica a partir do conceito da Lei Zero da Termodinâmica

“Construção e estudo de uma escala termométrica a partir do conceito da Lei Zero da Termodinâmica”

Introdução:

Calor é a energia térmica em movimento, ou seja a energia cinética proveniente da movimentação dos átomos ou moléculas.Já a temperatura é uma medida estatística do nível de agitação entre moléculas, relacionado com o deslocamento da energia cinética de um átomo ou molécula. Em Física, a temperatura está relacionada com a energia interna de um sistema termodinâmico, por meio da temperatura pode-se indicar se dois corpos ou o sistema estão em equilíbrio.

Á temperatura são atribuídos valores através das escalas termométricas. No sistema internacional de Unidades(SI) é medida em Kelvins(K), porém existem outras escalas utilizadas como a escala Celsius(ºC) e a Fahrenheit(ºF). Os instrumentos calibrados a partir de escalas termométricas são denominadas termômetros.

O aumento da temperatura em líquidos, gases e sólidos, visto que o aumento da energia interna, faz com que esses matérias sofram dilatação ou expansão, isto ocorre devido ao aumento da agitação das moléculas pertencentes ao mesmo. A energia térmica então é a energia associada a liberação de calor, através dessa agitação molecular e a temperatura é um valor numérico que a expressa.

Neste experimento os discentes produziram um termômetro, por meio da utilização das vidrarias existentes no laboratório, na qual o parâmetro termométrico foi a dilatação volumétrica do álcool etílico, a partir de dados experimentais pode-se calcular o coeficiente de dilatação do álcool e definir uma nova escala termométrica, no projeto a nova escala foi denominada escala Pi  

Objetivo: 

O experimento executado foi dividido em duas etapas. Para a primeira etapa do experimento, tem-se o objetivo de desenvolver uma escala termométrica utilizando como referência os pontos de fusão e ebulição da água de acordo com o modelo utilizado por Celsius na construção de sua escala, afim de comparar os valores encontrados na nova escala. Na segunda etapa, objetiva-se encontrar o coeficiente  de dilatação volumétrica através do método estatístico dos mínimos quadrados para verificação da linearização.

Materiais

- Termômetro digital ( σ=  0,1 ºC);[pic 1]

- Balão volumétrico 25ml;            

- Béquer de 250ml ( σ=  ±25 ml);

-Paquímetro ( σ = ± 0,05 mm);

- Água e gelo.

Procedimento

                A princípio deve-se acrescentar gelo ao béquer de 250ml e uma pequena quantidade de água para preencher os espaços vazios no sentido de permitir que a solução entre em equilíbrio térmico. Logo após, foi preenchido o balão volumétrico com álcool até que o nível fosse preenchido um pouco a cima do menisco e então colocou-se em contato com a base do termômetro digital. Depois disso inseriu-se o balão volumétrico dentro do béquer onde havia uma mistura de gelo e água. Observou-se após um tempo o valor da temperatura mínima alcançada, tornando se assim o ponto inicial da nova escala termométrica, denominada PI.

Nesse momento com o auxílio de um paquímetro observou-se a altura do volume de álcool, assim envolveu-se o balão com as mãos para aquecer ainda mais o álcool e fazer o nível dele subir ainda mais, com o aumento de temperatura foram aferidas sete medidas de temperaturas e sete volumes distintos. Após tomar todos os dados,descarta-se o álcool no local adequado. Ao finalizar o experimento mediu-se o diâmetro interno no pescoço do balão,cujo o valor será (8,850 + 0,029) mm.

Montagem (desenho)

Dados

Com a execução do experimento, determinaram-se as medidas de construção da nova escala utilizando os pontos mínimo e máximo que obtivemos no termômetro. Determina-se também sete medidas na escala Celsius que posteriormente será transformada para a escala Pi.

Para essas sete medidas também foram anotados os valores de temperatura observados no termômetro digital em °C para comparativo e verificação da linearização da escala PI.

Os dois pontos estipulados como referência para a criação da escala Pi correspondem ao seguinte intervalo:

  3,3 (°C) = 0,0 (°Pi)

 31,3 (°C) = 100 (°Pi)

Esses dados são apresentados na Tab. (1).

Tabela 1: Apresenta os valores observado no termômetro durante a execução do experimento e a respectiva alteração de altura.

Análise e Resultados

No experimento realizado, foram escolhidos os valores das temperaturas de fusão e ebulição da escala Pi, 0°Pi e 100°Pi, para corresponderem aos pontos inferiores e superiores da escala em Celsius. Como dito anteriormente, foi adotado 3,3 ºC = 0 ºPi e 31,3 ºC = 100º Pi

Utilizando a Eq. (1), foi obtido o valor da graduação do novo termômetro de acordo com o intervalo entre esses pontos.

                               (1)[pic 2]

                                                          (2)[pic 3]

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