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Universidade Federal de Minas Gerais Fí sica Experimental
Termodina mica
Experimento 7. Equivalente Mecânico do Calor
Nome: Vinicius Gabriel Silveira Oliveira Nome: Nata lia Estefane Liberato de Oliveira
25 de julho de 2024
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Principais Ensaios Práticos na Disciplina, Esquemas de Engenharia Civil
Ensaio de granulometria. Ensaio de consistência do cimento (pasta de consistência normal). Ensaio de resistência à compressão de corpos de prova de concreto. Slump test. Determinação da absorção de água em agregados. Ensaios de tração no aço.
Tipologia: Esquemas
2025
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Universidade Federal de Minas Gerais Física Experimental
Termodinamica
Experimento 7. Equivalente Mecânico do Calor
Nome: Vinicius Gabriel Silveira Oliveira Nome: Nata lia Estefane Liberato de Oliveira
25 de julho de 202 4
1 Introdução
Durante um processo em um sistema real, uma parte da energia sera transformada em calor. O
equivalente mecanico do calor ´e a razao entre o trabalho realizado no sistema e o calor gerado durante
esse processo. Segundo a primeira lei da termodinamica, a variaçao da energia interna, que possui uma
relaçao com a temperatura, equivale ao calor menos o trabalho.
2 Objetivos
Na parte pratica do experimento, foi necessario verificar a primeira lei da termodinamica por meio da
mediçao do equivalente mecanico do calor.
Figura 1: Exemplo de grafico de temperatura no termometro
Por meio da fricçao de uma corda tensionada, e possível estabelecer uma relaçao entre a diferença de
temperatura do sistema ao longo do tempo, com o objetivo de descobrir o equivalente mecanico do
calor. Caso o equivalente mecanico seja diferente de 1, ocorrera uma variaçao na energia interna e,
consequentemente, na temperatura do sistema. Nesse experimento, espera-se que a temperatura
aumente; portanto, se o equivalente mecanico do calor for maior que 1, a primeira lei da termodinamica
sera verificada.
3 Materiais e Descrição
Para realizar o experimento, foi necessaria a montagem experimental que unia diversos elementos.
Portanto, alem dos materiais listados, tambem foram necessarios objetos implí citos como cronometros.
Alem disso, visando o contato termico, uma pasta de condutividade termica pode ser aplicada na
superfí cie do cilindro e na ponta do termometro. Os materiais principais foram os seguintes:
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Figura 3: Representaçao esquematica das forças sobre o cilindro
3.3 Termômetro
O termometro e essencial para a finalizaçao do experimento, uma vez que e a partir dele que podemos
obter todos os dados necessarios para descobrir o equivalente mecanico do calor. Ele monitora o
aumento de temperatura no cilindro atraves de um fio que se conecta a ele.
Primeiramente, mede-se a temperatura do cilindro em temperatura ambiente. Em seguida, apos o iní cio
dos giros na manivela, percebe-se um aumento na temperatura devido a fricçao. Por fim, nos minutos
seguintes ao termino da fricçao.
Assim, e possível observar um grafico que e necessario para a conclusao do experimento.
4 Dados e Análise
4.1 Trabalho Realizado
Na formula do trabalho W = 2 πrNFR , r ´e o raio do cilindro, N a quantidade de voltas realizadas, FR a
força resultante que realiza o trabalho e igual ao peso FG da massa utilizada menos a força media no
dinamometro FD. Assumindo a aceleraçao da gravidade g = (9 , 78 ± 0 , 05) m/s
2 :
- diametro do cilindro d = (45 , 09 ± 0 , 05). 10 − 3 m , r = d/ 2 = (22 , 55 ± 0 , 03). 10 − 3 m ;
- N = 200 voltas;
- FG = m.g = (50 ± 1) N ;
• FD = (3 ± 1) N ;
• FR = (47 ± 1) N
Com a incerteza ∆ calculamos entao W =
3 J.
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4.2 Calor Transferido
Na formula de Calor transferido Q = Csistema ∆ T , Csistema ´e a capacidade termica do sistema e igual `a soma
das capacidades termicas de cada componente Csistema = Ccilindro + Cfita + Ctermometro e ∆ T a variaçao de
temperatura apos as rotaçoes serem realizadas. Os valores das capacidades termicas foram fornecidos
pelo roteiro (sem incertezas, e, portanto, serao considerados constantes para o calculo da incerteza), com
os valores:
- Cfita = Ctermometro ≈ 4 J/K ;
- Ccilindro = 385 J/kg.K
Dessa forma, temos que Csistema = 393 J/K.
Figura 4: Grafico obtido no programa Data Studio.
Com o grafico, podemos determinar os valores da temperatura antes e depois das rotaçoes,
respectivamente Ti e Tf.
- Ti = 27 , 65 ± 0 , 05;
- Tf = 31 , 35 ± 0 , 05;
Note que a incerteza foi determinada como metade da menor escala visível no grafico. Assim, ´e possível
q
2
- ∆ Tf
2
. Dessa forma ∆ T = (3 , 70 ± 0 , 07)
◦ C. calcular
∆ T = Ti − Tf e sua incerteza ∆(∆ T ) = ∆ Ti
Com a formula para incerteza ∆ Q =
p Csistema [∆(∆ T )]
2 Calculamos entao Q = (1 , 45 ± 0 , 03). 10
3 J
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