3B Scientific Heat Equivalent Apparatus - Manual (Page 23)

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da a experiência acionando a manivela e assim é
levantado o peso principal do chão. Agora o con-
trapeso desce ao chão, pelo que a corda se
distende levemente e exerce menos atrito sobre
o cilindro. O peso principal mantém a sua altura
e deveria mantê-la durante toda a duração da
experiência.
•
Após n = 460 rotações a experiência é finalizada
e o valor da resistência é lido: R
2
= 3,99 k
Ω
(T
2
= 30,26 °C). Já que a temperatura ainda au-
menta por uns instantes após o encerramento da
experiência (homogeneização da distribuição da
temperatura), anota-se como valor de medição o
valor mínimo da medição de resistência obtido
vários segundos após ter encerrado a experiên-
cia. Depois, a resistência volta a subir, já que por
causa da troca de calor com o ambiente, a tem-
peratura do cilindro cai.
4.1.2 Análise da experiência
•
O trabalho W é definido como produto da força F
e o percurso s
W = Fs
(2)
•
No atrito, age a força
F = m
A
g (3)
(g é a força de gravidade) ao longo percurso
s = F n
π
D
r
(4)
•
A aplicação das equações 3 e 4 em 2 produz:
W = m
A
gn
π
D
R
=5,22 x 9,81
x 460 x 3,1416 x 0,04575 Nm = 3386 Nm (5)
•
O calor
∆
Q acumulado no cilindro resulta da di-
ferença de temperatura (T
2
– T
1
) e a capacidade
térmica específica indicada no parágrafo 2 em:
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353 J (6)
•
Neste exemplo, o desvio entre o trabalho mecâni-
co e o calor não passa de aprox. 1%. Por causa de
tolerâncias inevitáveis da composição do (o alu-
mínio puro é muito mole e é quase impossível de
se trabalhar mecanicamente, por isso sempre são
utilizadas ligas) a capacidade térmica específica
pode variar sensivelmente. Ela deve ser determi-
nada para cada cilindro de atrito individualmen-
te. O modo mais fácil de fazer isto é por meio de
aquecimento elétrico e com a premissa da equi-
valência do calor e da energia elétrica.
4.2 Transformação da energia elétrica em calor
4.2.1 Execução da experiência
•
Após o esfriamento do cilindro de atrito, este é
aparafusado no suporte (mesmas condições ex-
perimentais que na experiência do atrito) e o
sensor de temperatura é instalado. Após alguns
minutos, que devem passar para que a tempera-
tura se distribua de forma homogênea, a resis-
tência do sensor de temperatura é de R
1
= 8,00 k
Ω
(equivalente a T
1
= 14,60 °C conforme equação
1).
•
Agora o aparelho de alimentação elétrica, que já
foi ajustado, (veja parágrafo 3) é conectado ao ele-
mento aquecedor e um cronômetro é lançado.
Tensão e corrente (indicações no aparelho de ali-
mentação) são anotadas:
U = 11,0 V ,
Ι
= 0,510 A
•
Depois de t = 600 s a experiência é concluída e o
valor da resistência é lido:
R
2
= 3,98 k
Ω
(T
2
= 30,32 °C).
4.2.2 Análise da experiência
•
A energia elétrica E é o produto da potência P e
do tempo t. A potência, é o produto da tensão e
da corrente. Portanto, é válido:
E U T = = 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws I (7)
•
Nesta experiência, o calor aportado é de
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,32-14,60) kJ = 3366 J (8)
•
Também aqui, a coincidência entre E é
∆
Q muito
boa.
R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C
7,86 14,97 6,78 18,19 5,70 22,05 4,62 26,84 3,54 33,10
7,84 15,03 6,76 18,26 5,68 22,13 4,60 26,94 3,52 33,24
7,82 15,08 6,74 18,32 5,66 22,21 4,58 27,04 3,50 33,38
7,80 15,14 6,72 18,39 5,64 22,29 4,56 27,14 3,48 33,51
7,78 15,19 6,70 18,45 5,62 22,37 4,54 27,24 3,46 33,65
7,76 15,25 6,68 18,52 5,60 22,45 4,52 27,35 3,44 33,79
7,74 15,31 6,66 18,58 5,58 22,53 4,50 27,45 3,42 33,93
7,72 15,36 6,64 18,65 5,56 22,61 4,48 27,55 3,40 34,07
7,70 15,42 6,62 18,72 5,54 22,69 4,46 27,66 3,38 34,22
7,68 15,47 6,60 18,78 5,52 22,77 4,44 27,76 3,36 34,36
Relação entre resistência e temperatura no sensor de temperatura