Roteiro fisica

Universidade Federal Fluminense - PUVR

Física Experimental III
Experiência: Lei de Resfriamento

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Objetivos

1. Vericar o decaimento exponencial da temperatura no processo de resfriamento.
2. Determinar a constante de decaimento do sistema estudado.
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Material e equipamentos

Calorímetro, termômetro, cronômetro, água e aquecedor elétrico.
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Fundamentos teóricos

Enquanto estudava o resfriamento de materiais aquecidos, Newton propôs o seguinte: No processo de resfriamento de um corpo, a quantidade de calor cedida ao meio externo, durante um intervalo de tempo innitesimal, é proporcional a diferença entre a temperatura atual do corpo T e a temperatura do meio externo TA .
Baseado na hipótese acima, podemos obter a seguinte equação:
T − TA = (T0 − TA )e−κt

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onde T0 é a temperatura inicial do corpo, ou seja, para o tempo t = 0. κ é a constante de decaimento da temperatura que depende da geometria e do estado de superfíce do corpo, além da massa e do calor especíco do corpo.
A equação acima mostra claramente que a temperatura decresce exponencialmente com o tempo durante o processo de resfriamento. Este resultado é conhecido como Lei de Resfriamento de Newton.
Na Fig. 1 mostramos um gráco típico do decaimento exponencial da temperatura para TA = 20◦ C e T0 = 100◦ C.
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Figura 1: Decaimento exponencial da temperatura para TA = 20◦ C e T0 =
100◦ C.
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Procedimento

1. Meça a temperatura do ambiente (meio externo).
2. De posse do calorímetro aberto contendo água aquecida, monitore o decaimento da temperatura da água medindo o tempo de resfriamento a partir de 90◦ C e a cada variação de 2◦ C, até a temperatura atingir
44◦ C.
3. Com o próprio termômetro, movimente a água levemente de forma regular para evitar gradientes de temperatura.
4. Registre o tempo apenas quando a coluna de mercúrio estiver no meio da marca correspondendo a uma dada temperatura.
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Análise dos dados

1. Deduza a Eq. 1 para compor