Relatório 2: Resfriamento

1. Introdução

Este relatório apresenta a descrição de um experimento sobre resfriamento da glicerina realizado por dois alunos da disciplina FEP0112 - Física 2 no dia 10 de abril de 2007, sob supervisão do professor Gustavo do Instituto de Física da Universidade de São Paulo.

2. Objetivo

O experimento teve como objetivo determinar o comportamento do resfriamento de um corpo tendo como princípio constatar a lei de resfriamento de Newton.

3. Introdução Teórica

Quando falamos em transferência de calor logo imaginamos a primeira lei da termodinâmica atuando: “…em um sistema fechado a quantidade de energia é constante…” [1], tratando sobre a conservação de energia.

Em seguida imaginamos o equilíbrio de temperatura entre o corpo mais aquecido e o corpo menos aquecido, num processo de equilíbrio das duas temperaturas levando-se em consideração suas massas, sendo que este fluxo de energia é do corpo mais quente para o corpo mais frio.

Mas a compreensão do processo de resfriamento não é tão simples quantos estes dois processos. Existem três tipos diferentes de transmissão de energia que podem acontecer: a condução, convecção e a radiação.

Neste experimento devemos considerar apenas o resfriamento por condução sendo que as fontes de convecção e radiação são desprezíveis.

4. Descrição Experimental

4.1 Material utilizado:

• 1 tubo de ensaio com glicerina
• 1 suporte
• 1 termômetro
• 1 cronômetro
• 1 aquecedor (lamparina a álcool)
• 1 tubo de fluxo de ar contínuo

4.2 Montagem e procedimento

O sensor do termômetro foi colocado dentro do tubo com glicerina e sob o tubo foi colocado o aquecedor, como mostra a Figura 4.2.1.


Figura 4.2.1: Montagem do experimento.

5. Andamento e Dados obtidos

5.1 Detalhes do experimento

A glicerina foi aquecida até 130°C e então o aquecedor foi removido e o tubo com glicerina foi posicionado sobre o tubo que liberava um fluxo de ar contínuo para acelerar o resfriamento. A cada minuto a temperatura da glicerina era anotada.

5.2 Dados obtidos

Durante o resfriamento, obtivemos os dados mostrados na Tabela 5.2.1.


Tabela 5.2.1: Dados obtidos durante o resfriamento da glicerina.

Com os dados, construímos o seguinte gráfico para analisar o comportamento do resfriamento em relação ao tempo:


Figura 5.2.1: Dados obtidos durante o resfriamento e a curva adaptada correspondente aos dados.

No gráfico a cima, a curva adaptada corresponde à seguinte função: T(t) = 113,358 . e^−0,212.t + 24,348. Em que T é a temperatura e t é o tempo em minutos.

Fazendo o mesmo gráfico utilizando-se escala logarítmica no eixo das ordenadas, obtemos o seguinte:


Figura 5.2.1: Dados obtidos durante o resfriamento e a curva adaptada correspondente aos dados, com escala logarítmica no eixo das ordenadas.

Comentaremos sobre estes gráficos na próxima seção do relatório.

6. Discussões e Reflexões

6.1) Erros

Erros grosseiros: Não foram detectados erros grosseiros durante os procedimentos.

Erros aleatórios: Houve erros aleatórios no momento de ler a temperatura da glicerina a cada minuto, pois os operadores não conseguiam manter o intervalo de precisamente um minuto; em quase todas as medidas houve um pequeno desvio de poucos segundos na duração do intervalo (se o desvio fosse constante, o erro seria sistemático e seria corrigido). Há também erros causados pela falta de controle da temperatura da sala.

Erros sistemáticos: Neste experimento, erros sistemáticos são causados pela calibração dos aparelhos (termômetro e cronômetro). Como todos os instrumentos de medida eram digitais, não houve erros sistemáticos na leitura das medidas por conta dos operadores (erros de paralaxe e/ou erro na avaliação da indicação na escala).

6.2) Gráficos

Pela Figura 5.2.1, observamos que, conforme previsto por Newton, no resfriamento da glicerina, as temperaturas decrescem exponencialmente ao longo do tempo. Na Figura 5.2.2, vemos que, para intervalos de tempo curtos, o decréscimo no logaritmo das temperaturas dá-se de forma quase que linear, enquanto que, para intervalos de tempo longos, o decréscimo dá-se de forma semelhante a uma exponencial.

7. Conclusão

Concluímos que, durante o resfriamento da glicerina, as temperaturas decaem exponencialmente. O intervalo de tempo entre a queda de temperatura de 130,0°C para a temperatura ambiente (25,2°C) foi de 29 minutos e a função que dá a temperatura da glicerina em função do tempo em minutos é a seguinte:

T(t) = 113,358 . e^−0,212.t + 24,348

8. Referências

[1] FERENCE, M. JR. et al. Curso de física: Calor. São Paulo: Editora Edgard Blücher.

[2] Software Wolfram Research, INC (2003). MATHEMATICA 5.0