Relatório 2

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Experimento 2- construção de um termômetro usando balão volumétrico e álcool etílico 
1-Objetivo 
Este experimento realiza a construção de um termômetro, com o melhoramento deste, através do ajuste de reta do qui-quadrado. Também haverá a montagem própria de uma escala de temperatura.
2-Modelo 
2.1- Teorias de funcionamento
Sendo uma das principais leis da termodinâmica, a lei zero foi de fundamental importância para este experimento, pois a concepção de um termômetro, seja este qual for, se deve justamente ao que foi previamente estabelecido por esta lei dentro da termodinâmica. Sua definição nos diz que se dois corpos estão em equilíbrio térmico, ou seja, estão em um estado de igualdade térmica e não são mais capazes de afetar um ao outro e constata-se que um desses também está em equilíbrio com um terceiro corpo, então podemos afirmar que todos os corpos estão em equilíbrio entre si. Partindo dessa definição, é possível para a humanidade a criação de ferramentas conhecidas como termômetros, objetos responsáveis pela medição da temperatura de outros corpos utilizando-se de escalas e unidades padronizadas pelo mundo todo, como as escalas Kelvin, Celsius e o Fahrenheit.
Quando um corpo sofre variação em sua temperatura, ele também aumenta ou diminui de volume. Esse princípio fundamenta a construção de diversos tipos de termômetros. A fim de graduar uma escala termométrica, tomou-se os pontos de referência de estados térmicos constantes e de fácil obtenção, chamados de pontos fixos, obtidos sob pressão normal. Com isso, foi possível associar ao ponto de fusão do gelo a um ponto na coluna de álcool do termômetro, que foi marcado. Um procedimento semelhante foi feito depois com a temperatura corpórea. 
O sal é responsável pela diminuição da temperatura do sistema. Na sua dissociação ele absorve a energia do sistema, assim resfria a solução em menor tempo.
2.2- Fórmulas
O cálculo da variação do volume, ou seja, a coluna de álcool que expandiu é dada pela seguinte formula.
					(2.2.1) 
A fórmula para o cálculo de dilatação volumétrica aparente de líquidos, esta representada a seguir.
				(2.2.2)
ΔT: Variação de temperatura; ΔV: Variação de Volume; Vfa Volume final aparente; γ: Coeficiente volumétrico de dilatação do álcool.
A partir da fórmula de dilatação volumétrica aparente de líquidos, reajustamo-la e se adquire a estrutura a seguir.
					(2.2.3)
A incerteza da variação do volume pode ser calculada através da resolução das derivadas parciais para cada parâmetro encontrando-se a seguir.
				(2.2.4)
A propagação de incerteza da temperatura é 
			(2.2.5)
Foi construída uma escala grafite que correlaciona a escala Celsius com a espessura de um grafite 0,5mm, ou seja, a cada 1cm para a escala Celsius, temos 20 divisões para a escala grafite. A proporção entre a variação de temperatura pela variação da altura marcada na parte cilíndrica resulta na seguinte expressão.
 					(2.2.6)
3-Materiais 
- 1 balão volumétrico de 25 ml calibrado à 20ºC (±0,02ml), marca Diogo Lab, para ser preenchido com álcool etílico.
- 50 ml de álcool etílico absoluto 99,3º INPM marca Pring.
- 1 béquer de 200 ml marca Qualividros, completado com gelo a água.
- 1 béquer de 150 ml marca Deltex, usado para avaliar a proveta.
- 1 proveta de 25 ml(±0,5ml) marca Plena-Lab, completada com álcool etílico.
- Sal marinho iodado, marca Lebre. Usado para resfriar mais rapidamente a solução água-gelo dos béqueres.
- Aproximadamente 10 cubos de gelo comum.
- Aproximadamente 120 ml de água.
- 2 termômetros digitais J.Prolab (± 0,005 ºC), empregado na análise de temperatura dentro do balão volumétrico.
- Fita adesiva, para fechar a saída do balão e da proveta.
- Balança digital Marte Slimax modelo M 2k de resolução 0,01g e erro de 0,1g. Utilizada para medir a massa do balão volumétrico.
- 1 caneta marcadora para retroprojetor de ponta média 2.0mm, marca Pilot. Utilizada para a marcação da escala no balão volumétrico.
-1 paquímetro manual marca Vonder de 150mm-6” (±0,0005m), objeto que aferiu a diferença do deslocamento na coluna de álcool etílico.
4-Metodologia 
No béquer é colocado gelo e água até atingir sua capacidade. Coloca-se sal, para obter uma temperatura mais baixa em menor tempo.
No balão volumétrico, preenche-se sua capacidade com a adição de álcool etílico e é fechado com fita adesiva para evitar perda do líquido pela evaporação.
Feito esse processo, introduz-se o balão volumétrico no béquer. Repete-se o mesmo procedimento para a proveta.
Com o auxilio do termômetro digital, averigua-se a temperatura interna do béquer e da proveta, notando se a temperatura permanece constante. Faz-se uma marcação no nível em que o álcool atingiu o balão com o auxilio da caneta. A partir daí iremos estabelecer o ponto fixo do termômetro, no momento em que houve a fusão do gelo (0 ºC).
Agora é feito o processo de aquecimento do balão com a temperatura corpórea, até perceber que foi atingido o equilíbrio térmico. Anote-se a nova altura atingida pelo álcool no balão. Esta altura corresponderá ao novo ponto fixo, o da temperatura corporal (37 °C).
Por meio desse procedimento, poderá construir uma escala para o termômetro, medindo-se a distância correspondente ao intervalo de 0 °C a 37°C com o paquímetro e subdividindo-a em intervalos.
5-Dados 
- massa balão volumétrico: 26,3g ± 0,01g
- Temperatura do interior do balão após o resfriamento: 0,800 ± 0,005 ºC.
- Expansão devido ao aquecimento do álcool é 0,0078 ± 0,0005 m
- Diâmetro do pescoço do balão é 0,0100 ± 0,0005 m
- Coeficiente de dilatação volumétrica do álcool etílico* é 75 x 10-5 ºC-1
* (colocar isso no final da pagina) Retirado da Tabela 17.2, página 187 do livro Sears e Zemansky - Física II.
6-Análise 
Foi encontrada uma variação na altura do líquido dentro da parte cilíndrica do balão volumétrico, que é calculada pela (2.2.1), que leva em consideração essa variação de altura, representada por Δh, e a área deste cilindro representada por . Pela (2.2.1) obteve-se uma diferença entre o volume inicial e final de 0,6087ml.
Pela (2.2.3), obteve-se uma variação de temperatura igual a 32,4631ºC.
A incerteza encontrada a partir da (2.2.4) para o volume, é igual a 0,0005 ml.
A incerteza da variação de temperatura pode ser calculada através da (2.2.5) encontrando-se 0,9356 ºC.
A partir da (2.2.6) pôde se observar que a cada um cm a temperatura varia 41,89°C. Dividindo este valor por vinte, encontra-se a relação entre a escala grafite à escala Celsius, dada da seguinte forma:°Grafite = 2,09°C/0,5mm.
7-Discussão e conclusão
7.1- Discussão
A qualidade do termômetro construído neste experimento é a precisão da substância termométrica, neste caso o álcool, que em temperatura ambiente pode ter maior exatidão em relação às outras substancias termométricas. Isso esta relacionado com o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool que, por exemplo, é maior em comparação com o mercúrio. Todavia, apesar de funcionar, nota-se que este termômetro apresenta baixa precisão na leitura de seus dados, e isto se deve a uma série de fatores altamente influenciados pelo erro humano na leitura, como a espessura do pescoço do balão e do traço utilizado para fazer as marcações de escala. Assim, procurando compensar tais erros, utiliza-se o termômetro digital neste experimento para uma maior precisão do novo objeto construído, porém, é importante afirmar que sua utilização não é de fato necessária para o sucesso deste experimento.
7.2-Operações do termômetro:
A massa do termômetro deve ser bem menor que a massa do objeto cuja temperatura queremos medir, caso contrário o termômetro poderá alterar a temperatura do corpo analisado.
Deve-se levar em consideração que o termômetro deve ser imerso sua parte de contato com o corpo, ou seja, no bulbo, para que a temperatura ambiente não influencie na mediação. Isso garante maior precisão do valor da temperatura de medição.
7.3-Conclusão:
A realização deste experimento permite à afirmação
que de fato é possível a construção de um termômetro funcional com facilidade utilizando equipamentos e substâncias de fácil acesso e manipulação. Apesar de não possuir a mesma precisão de um termômetro comercial, ainda assim é valido como ferramenta de medição. Ainda, este experimento permite comprovar que de fato a lei zero é uma verdade e um fundamento essencial dentro do estudo da termodinâmica, uma vez que a concepção deste objeto e seu funcionamento só são possíveis graças à compreensão desta lei.
8-Referências 
 SEARS; ZEMANSKY. Física II: Termodinâmica e Ondas. 12. Ed. São Paulo: Pearson, 2008. 329 p.
VUOLO, J.H. Fundamentos da Teoria de Erros. 2 Ed. São Paulo: Editora Edgar Blucher, 1992.