Lab2 - Física 3 - Prof Jeferson Arenzon

Experimento de Expansão Adiabática Objetivo Determinar a razão γ entre o calor específico molar à pressão constante e o calor específico molar a volume constante do ar, considerado aqui como um gás ideal homogêneo. Metodologia A expansão rápida do ar será usada para simular uma expansão adiabática. A partir de medidas de pressões durante o processo, será possível usando as equações para processos reversíveis de um gás ideal, determinar γ. O procedimento será repetido algumas vezes para se estimar o erro de medida. Consequências A obtenção de γ nos permitirá conhecer o número médio de graus de liberdade das moléculas que compõem o ar. Experimento de Expansão Adiabática Materiais e Equipamentos - Tambor metálico (recipiente) - Bomba de ar - Manômetro de água - Barômetro - Régua ou trena. Montagem Manômetro Procedimento Experimental: Passo 1 Situação inicial de Equilíbrio Inicia-se o experimento igualando a pressão no interior do recipiente com a pressão atmosférica ( P0 ) e T0 ). A temperatura no interior do recipiente será igual à temperatura ambiente ( T0 ) pois as paredes do recipiente são de metal, ótimo condutor de calor; se, porventura a temperatura fosse diferente, bastaria esperar algum tempo para que o equilíbrio térmico ocorresse. Experimentalmente sabemos que a pressão no interior é igual à pressão atmosférica se a superfície livre das colunas de água no manômetro estivessem niveladas. O ar contido inicialmente no recipiente e representado em cinza) estará ocupando o volume V0. valvula aberta P0, T0, V0 Procedimento Experimental: Passo 2 Pressurização do Gás no Tambor Em seguida introduz-se ar rapidamente com auxílio da bomba até que um desnível suficientemente grande seja obtido na coluna de água do manômetro. O sistema atingirá um estado em que a temperatura ( T1 ) e a pressão ( P1 ) dentro do recipiente serão superiores às externas. O ar, inicialmente contido no recipiente, ocupará agora um volume menor ( V1 ) A situação não é de equilíbrio pois T1 > T0, e isto pode ser observado pelo fato de que a medida h1 não estar estável mesmo após o término do bombeamento de ar. P1, T1, V1 bombeamento de ar valvula fechada Procedimento Experimental: Passo 5 Termalização após Expansão válvula fechada P0, T0 P2, T0, V2 h2 Sendo a temperatura T0, após a expansão, menor do que a temperatura externa, entrará calor no recipiente. Quando o sistema atingir o equilíbrio térmico e a temperatura for novamente igual à externa, como o volume V2 não mais varia (a válvula estava fechada durante a entrada de calor no recipiente), a pressão final P2 será mais elevada que a atmosférica. Medindo-se o valor do desnível (h2) pode-se calcular P2. Anota-se o valor h2 O Experimento no Diagrama P x V Situação inicial de equilíbrio. isoterma com a temperatura ambiente T0 P0 V0 *Este diagrama descreve qualitativamente como o estado do gás dentro do recipiente muda durante o experimento. Para isto usamos processos reversíveis (linhas contínuas) que mais se aproximam dos processos irreversíveis que realmente ocorrem durante o experimento. Os eixos não estão em escala. O Experimento no Diagrama P x V Situação inicial de equilíbrio. isoterma com a temperatura ambiente T0 P0 V0 Pressurização do tambor através do uso da bomba. Como o ar entra de forma irregular com cada bombada a curva é levemente oscilada. Como a pressurização é feita de forma rápida o gás aquece durante a compressão e o processo se afasta da isoterma (linha tracejada). *Este diagrama descreve qualitativamente como o estado do gás dentro do recipiente muda durante o experimento. Para isto usamos processos reversíveis (linhas contínuas) que mais se aproximam dos processos irreversíveis que realmente ocorrem durante o experimento. Os eixos não estão em escala. A Database of World Recipes