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Engenharia Mecânica ·
Termodinâmica 1
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Público TERMODINÂMICA Roteiro Aula Prática 2 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA NOME DA DISCIPLINA TERMODINÂMICA Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A1 CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES EM TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A temperatura é uma grandeza que representa a medida do grau de agitação térmica das moléculas de um corpo e sua medição precisa é fundamental em diversas aplicações científicas e industriais Esta prática tem por objetivo que você aprenda a estabelecer a relação entre um termômetro a álcool e um termoscópio utilizar diferentes escalas termométricas e aplicar esses conceitos na calibração de termômetros Além disso você será capaz de coletar e interpretar dados experimentais construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e entender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Equação Termométrica Procedimentos para a realização da atividade 3 Público Segurança do Experimento Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Marcando a Altura da Coluna Líquida I Coloque o termoscópio na posição vertical com o bulbo para baixo ao lado da régua Marque com a caneta a altura da coluna líquida Anote a altura 𝒉𝟏 na Tabela 1 Medindo a Altura 𝒉𝟐 Use a régua milimétrica para medir a altura 𝒉𝟐 da parte superior do bulbo até a primeira marcação Anote o valor na Tabela 1 para o estado térmico ambiente Medindo a Temperatura Ambiente Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura ambiente Anote o valor na Tabela 1 Use o altímetro para encontrar a altitude do ambiente e anote Marcando a Altura da Coluna Líquida II Insira o bulbo do termoscópio no banho de gelo e aguarde até que a coluna líquida estabilize equilíbrio térmico Retire o termoscópio e marque a altura da coluna líquida com a caneta Meça a altura 𝒉𝟏 da segunda marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do gelo Marcando a Altura da Coluna Líquida III Mantenha o bulbo do termoscópio no vapor da água em ebulição até atingir o equilíbrio térmico Retire o termoscópio do vapor e marque a altura da coluna líquida Meça a altura 𝒉𝟑 da terceira marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do vapor Medindo a Temperatura do Ponto do Vapor Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura do ponto do vapor Anote o valor na Tabela 1 Analisando os Resultados Complete a Tabela 1 com os dados obtidos Verifique se as marcas feitas coincidem com as marcas de fábrica do termoscópio Construa um gráfico da altura h em função da temperatura C utilizando o Teorema de Tales Determine o coeficiente linear e angular da equação que representa essa relação Ferva a água sem atingir a ebulição insira o termoscópio na água marque e meça a altura da coluna 4 Público Utilize a equação obtida para calcular a temperatura da água e compare com a medida do termômetro a álcool identificando possíveis discrepâncias Dados experimentais Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Altura da Coluna Líquida I Colocar termoscópio na vertical Marcar altura da coluna líquida Medir Altura 𝒉𝟐 Medir altura 𝒉𝟐 com régua Anotar valor na Tabela 1 Temperatura Ambiente Medir temperatura ambiente Anotar valor na Tabela 1 Medir altitude com altímetro Altura da Coluna Líquida II Colocar termoscópio no banho de gelo Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟏 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Gelo Medir temperatura do ponto do gelo Anotar valor na Tabela 1 Despejar Água no Béquer Adicionar 50 mL de água ao béquer Aquecer até ebulição Altura da Coluna Líquida III Colocar termoscópio no vapor 5 Público Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟑 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Vapor Medir temperatura do ponto do vapor Anotar valor na Tabela 1 Avaliação dos Resultados Completar Tabela 1 Verificar marcas feitas com marcas de fábrica Construir gráfico h x T Determinar coeficientes linear e angular Fervura parcial da água marcar altura calcular temperatura e comparar com termômetro a álcool RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de equação termométrica e a relação entre diferentes escalas de temperatura Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados e analisando esses dados para construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida Além disso aprenderá a aplicar esses conceitos na calibração de termômetros identificar possíveis fontes de erro e discutir a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da equação termométrica O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da equação termométrica na calibração de termômetros e em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como termoscópio termômetro a álcool régua milimétrica e banho de gelo e descreva os procedimentos realizados desde a marcação da altura da coluna líquida até a medição das temperaturas nos diferentes pontos Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo as alturas das colunas líquidas e as temperaturas medidas Na discussão analise os resultados obtidos construindo gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 6 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante marcar a altura da coluna líquida do termoscópio em diferentes pontos de temperatura 2 Explique a razão para usar o banho de gelo no experimento 3 Como a medição da altura da coluna líquida pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para determinar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a diferença entre as temperaturas medidas pelo termômetro a álcool e pela equação obtida Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A2 OBTENÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A pressão de vapor indica o comportamento do líquido em diferentes temperaturas e a entalpia de vaporização quantifica a energia necessária para transformar o líquido em vapor ambos são fundamentias para aplicações industriais como destilação e refrigeração Esta pratica simulada tem por objeitvo que os alunos aprendam a executar procedimentos experimentais coletar e interpretar dados calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e compreender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia 7 Público SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Preenchendo o Béquer e o Condensador Preencher o béquer e o condensador adaptado com água destilada Conectar o condensador ao banho termostático Aguardando o Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático e esperar que a temperatura atinja 0 C Observar a redução da temperatura no painel de controle do simulador Posicionando a Régua Graduada Posicionar a régua graduada próximo ao condensador para visualizar o nível da água dentro do condensador e a altura marcada na régua Aquecendo o Banho Termostático Aumentar a temperatura do banho termostático gradualmente e observar a variação do volume do condensador adaptado à medida que a temperatura aumenta Registrar os dados de temperatura e altura do líquido 𝚫𝒉𝒍í𝒒 e altura do gás 𝚫𝒉𝒈á𝒔 em diferentes temperaturas Medindo a Pressão Atmosférica Utilizar o barômetro digital para medir a pressão atmosférica e registrar o valor 8 Público Calculando os Resultados Utilizar a equação 𝑽 𝝅𝒓𝟐𝚫𝒉𝒈á𝒔 para calcular o volume do gás em cada temperatura Calcular a pressão parcial do ar 𝒑𝒂𝒓 utilizando a equação 𝒑𝒂𝒓 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒈á𝒔 Calcular a quantidade de ar constante durante o experimento com a equação 𝒏𝒂𝒓 𝐩𝒂𝒓𝑽𝒂𝒓 𝑹𝑻 Determinar a pressão de vapor usando a equação 𝒑𝒗 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝒑𝒂𝒓 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒍í𝒒 Analisando os Resultados Preencher a tabela de dados experimentais com as medições realizadas Traçar um gráfico de 𝐥𝐧 𝒑𝒗 em função de 𝑻𝟏 e encontrar a equação da reta para determinar a entalpia de vaporização experimental 𝚫𝑯𝒗 Dados experimentais 9 Público Conclusão Analisar e comparar os resultados experimentais com valores teóricos Discutir possíveis fontes de erro e a relevância dos resultados obtidos para aplicações industriais Densidade da água em diferentes temperaturas Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preenchimento Preencher béquer e condensador com água destilada Conectar condensador ao banho termostático Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático Atingir 0 C no banho termostático Posicionamento Posicionar régua graduada próximo ao condensador Aquecimento e Observação Aumentar a temperatura do banho termostático Registrar altura do líquido e altura do gás em diferentes temperaturas Medida de Pressão Medir pressão atmosférica com barômetro digital Cálculos Calcular volume do gás Calcular pressão parcial do ar Determinar quantidade de ar Calcular pressão de vapor 10 Público Análise de Resultados Preencher tabela de dados experimentais Traçar gráfico da relação entre a pressão de vapor e a temperatura Determinar a entalpia de vaporização experimental RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de pressão de vapor e entalpia de vaporização entendendo como a pressão de vapor varia com a temperatura e a energia necessária para a vaporização Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados analisando esses dados para calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e interpretando os resultados Além disso aprenderá a aplicar os resultados em processos industriais como destilação e refrigeração identificando possíveis fontes de erro e discutindo a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como banho termostático barômetro e condensador e descreva os procedimentos realizados desde o preenchimento dos béqueres até a medição da pressão atmosférica Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo temperaturas alturas dos líquidos e gases e valores calculados de pressão e volume Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos calcule a entalpia de vaporização e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de medir a pressão atmosférica antes de iniciar os cálculos 2 Explique por que é necessário resfriar a água a 0 C antes de iniciar o aquecimento 3 Como a posição da régua graduada influencia na coleta dos dados experimentais 11 Público 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o volume do gás e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da entalpia de vaporização Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A3 AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A determinação do calor específico de líquidos é essencial em diversas aplicações industriais e de engenharia como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento e a fabricação de produtos químicos Este experimento realizado em um simulador oferece aos alunos a oportunidade de aplicar conceitos teóricos de termodinâmica na prática utilizando instrumentos virtuais como balança termômetro e calorímetro O objetivo é desenvolver habilidades práticas de manuseio de equipamentos calcular o calor específico de água e álcool coletar e interpretar dados experimentais e contextualizar a importância dessa propriedade em processos reais preparandoos para a prática profissional com foco na eficiência energética e otimização de processos térmicos SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade 12 Público EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade nº 1 Atividade proposta Determinação do Calor Específico da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Pesando o Volume de Água Fria Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 50 mL de água ao béquer e anotar a massa da água na Tabela 1 Adicionando a Água Fria ao Calorímetro Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar a água do béquer no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial da água T1 Preparando a Água Quente Adicionar 70 mL de água ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 1 Aquecer a água até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar a água quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 1 Descartar a água do calorímetro e repetir os passos de 2 a 5 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 1 ProcedimentoAtividade nº 2 Atividade proposta Determinação do Calor Específico do Álcool Procedimentos para a realização da atividade Pesando o Volume de Álcool Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 60 mL de álcool ao béquer e anotar a massa na Tabela 2 Adicionando o Álcool no Calorímetro 13 Público Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar o álcool no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial do álcool T1 Preparando o Álcool Aquecido Adicionar 80 mL de álcool ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 2 Aquecer o álcool até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar o álcool quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 2 Descartar o álcool do calorímetro e repetir os passos de 8 a 11 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 2 ProcedimentoAtividade nº 3 Atividade proposta Avaliação dos Resultados Procedimentos para a realização da atividade Análise dos Dados Utilizar os dados coletados nas Tabelas 1 e 2 para calcular o calor específico da água e do álcool fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Comparar os valores obtidos com os valores tabelados e calcular a porcentagem de erro Tabela 1 Calor Específico da Água Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟏 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 Tabela 2 Calor Específico do Álcool Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟎 𝟓𝟖 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 14 Público Checklist Preparação Acessar o Laboratório Virtual Equipar EPIs jaleco e óculos de proteção no ambiente virtual Procedimentos Pesagem de Líquidos Tarar a balança com o béquer vazio Adicionar o líquido água ou álcool ao béquer e anotar a massa Medição de Temperatura Inicial Medir e anotar a temperatura inicial do líquido frio Aquecimento do Líquido Adicionar e aquecer o líquido até a temperatura desejada Medir e anotar a temperatura do líquido aquecido Troca Térmica no Calorímetro Transferir o líquido aquecido para o calorímetro contendo o líquido frio Agitar medir e anotar a temperatura final Repetição e Coleta de Dados Repetir os procedimentos para completar os dados experimentais Avaliação dos Resultados Calcular o calor específico dos líquidos Comparar os valores obtidos com os valores tabelados Calcular a porcentagem de erro RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da aula prática esperase que você tenha aprendido a manusear corretamente os equipamentos de laboratório virtual como balanças termômetros e calorímetros e a aplicar os princípios de termodinâmica no cálculo do calor específico de líquidos Você deve ser capaz de 15 Público coletar registrar e analisar dados experimentais de forma organizada compreendendo a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Além disso você entenderá a relevância do uso de EPIs mesmo em simulações virtuais preparandose para práticas laboratoriais reais Essas habilidades são essenciais para sua formação ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática simulada de determinação do calor específico de líquidos O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como balança termômetro e calorímetro e descreva os procedimentos realizados desde a pesagem dos líquidos até a troca térmica no calorímetro Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo massas temperaturas e capacidades caloríficas e calcule o calor específico dos líquidos com base nos dados experimentais Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores tabelados calcule a porcentagem de erro e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de tarar a balança antes de medir a massa do líquido 2 Explique por que é necessário agitar o líquido no calorímetro antes de medir a temperatura final 3 Como a capacidade calorífica do calorímetro influencia nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o calor específico de um líquido e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado do calor específico do líquido Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 16 Público ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U3 ANÁLISE DO VOLUME DE CONTROLE E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Aula A3SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Reações exotérmicas liberam calor enquanto reações endotérmicas absorvem calor Este experimento visa determinar a quantidade de calor envolvida na decomposição do peróxido de hidrogênio usando um calorímetro à pressão constante Compreender essas trocas de calor é fundamental em processos industriais e científicos Os objetivos da prática são que você aprenda a medir o calor liberado ou absorvido em uma reação química utilizar um calorímetro à pressão constante e calcular a variação de entalpia da reação Você também deverá ser capaz de coletar e interpretar dados experimentais distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Variação de Entalpia na Decomposição do Peróxido de Hidrogênio Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento 17 Público Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abra a janela da capela acenda a luz interna e ligue o exaustor Selecionando os Materiais Pegue um béquer de 50 mL vidro de relógio proveta calorímetro e espátula metálica do armário Medindo o Peróxido de Hidrogênio Meça 40 mL de peróxido de hidrogênio H₂O₂ com a proveta e transfira para um béquer Adicionando o Dióxido de Manganês Meça 1 g de dióxido de manganês MnO₂ com a espátula e despeje no calorímetro Homogeneizando a Mistura Agite o calorímetro para misturar os reagentes e registre a temperatura final Variando o Volume de H₂O₂ Limpe o calorímetro e repita o experimento com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anote a temperatura final para cada volume Analisando os Resultados Calcule a quantidade de calor liberada aplicando a fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Complete a tabela com os dados de temperatura inicial e final Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abrir capela e ligar exaustor Selecionar Materiais Pegar béquer vidro de relógio proveta calorímetro espátula Medir H₂O₂ Medir 40 mL de H₂O₂ Transferir para béquer Preparar Calorímetro Transferir H₂O₂ para calorímetro Adicionar MnO₂ Medir 1 g de MnO₂ Adicionar ao calorímetro Homogeneizar Mistura 18 Público Agitar calorímetro Registrar temperatura final Variar Volume H₂O₂ Repetir com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anotar temperaturas Analisar Resultados Calcular calor liberado q m c ΔT Completar tabela Finalização Limpar e guardar materiais Encerre experimento RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de reações endotérmicas e exotérmicas entendendo como a energia é transferida durante as reações químicas Você será capaz de realizar procedimentos experimentais no simulador medindo a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química Além disso aprenderá a utilizar um calorímetro à pressão constante calcular a variação de entalpia da reação e interpretar os dados experimentais Você também deverá distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas A prática reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da variação de entalpia na decomposição do peróxido de hidrogênio O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância das trocas de calor nas reações químicas para processos industriais e científicos Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como calorímetro termômetro proveta béquer e espátula metálica e descreva os procedimentos realizados desde a preparação da solução de peróxido de hidrogênio até a medição das temperaturas iniciais e finais Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo volumes de H₂O₂ temperaturas iniciais e finais e quantidades de calor calculadas Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 19 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador 2 Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês 3 Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 NOME DA INSTITUIÇÃO NOME COMPLETO TERMODINÂMICA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA CIDADE 2025 1 INTRODUÇÃO A Segunda Lei da Termodinâmica estabelece princípios fundamentais sobre a direção natural dos processos e a transferência de energia No contexto químico essa lei é diretamente observada nas reações exotérmicas e endotérmicas que liberam ou absorvem calor respectivamente A decomposição do peróxido de hidrogênio H O catalisada pelo dióxido de manganês MnO é uma reação ₂ ₂ ₂ exotérmica clássica que permite aplicar conceitos de calorimetria para determinar a variação de entalpia Essa prática teve como objetivo medir o calor liberado na reação utilizando um calorímetro a pressão constante registrar as temperaturas envolvidas e calcular a variação de entalpia discutindo sua importância em processos industriais e científicos 2 METODOLOGIA O experimento foi realizado em ambiente simulado VirtuaLab Os equipamentos utilizados foram calorímetro a pressão constante termômetro proveta béquer espátula metálica e vidro de relógio O procedimento iniciouse com a preparação da capela de segurança seguida da medição de 40 mL de peróxido de hidrogênio transferido para o calorímetro Em seguida adicionouse 1 g de dióxido de manganês como catalisador A reação liberou calor elevando a temperatura do sistema que foi registrada após estabilização O processo foi repetido variando os volumes de peróxido de hidrogênio 42 mL e 45 mL para observar o impacto na variação de temperatura Os cálculos foram realizados pela equação QmcΔT considerando a massa de solução a capacidade calorífica do calorímetro e a variação de temperatura RESULTADOS 1 Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador A medição da temperatura inicial é fundamental para estabelecer a referência de comparação Sem esse valor não seria possível calcular corretamente a variação de temperatura provocada pela reação e consequentemente a quantidade de calor liberada 2 Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês A agitação garante a homogeneização da mistura permitindo que todo o sistema atinja equilíbrio térmico Isso evita que regiões locais do calorímetro apresentem temperaturas diferentes o que comprometeria a precisão da medição 3 Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento O MnO atua como catalisador acelerando a reação Se for adicionado em ₂ excesso pode provocar uma liberação de calor muito rápida dificultando a medição precisa da temperatura final Se for insuficiente a reação pode ocorrer de forma lenta ou incompleta afetando a exatidão dos resultados 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula A equação utilizada é QmcΔT onde Q é o calor liberado m é a massa da solução c é a capacidade calorífica e ΔT a diferença entre a temperatura final e inicial A partir dos dados de temperatura registrados no calorímetro o valor de Q pode ser calculado e posteriormente relacionado à variação de entalpia da reação 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia Explique possíveis causas para essa diferença Diferenças entre valores experimentais e tabelados podem decorrer de erros de leitura perdas de calor para o ambiente imprecisão na quantidade de reagentes limitações do calorímetro ou mesmo da eficiência do catalisador Em experimentos reais a dissipação de calor pelas paredes do calorímetro e a não completa homogeneização da mistura são causas frequentes de erro 3 CONCLUSÕES A prática permitiu compreender de forma aplicada os conceitos de reações exotérmicas variação de entalpia e utilização de calorimetria na determinação de trocas de energia A atividade mostrou que a medição cuidadosa das temperaturas a correta manipulação do calorímetro e o uso controlado do catalisador são fatores determinantes para a precisão dos resultados Além disso a simulação reforçou a importância das trocas de calor em processos industriais e científicos como na produção de energia no desenvolvimento de catalisadores e na compreensão de reações químicas em sistemas complexos REFERÊNCIAS BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020
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Público TERMODINÂMICA Roteiro Aula Prática 2 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA NOME DA DISCIPLINA TERMODINÂMICA Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A1 CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES EM TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A temperatura é uma grandeza que representa a medida do grau de agitação térmica das moléculas de um corpo e sua medição precisa é fundamental em diversas aplicações científicas e industriais Esta prática tem por objetivo que você aprenda a estabelecer a relação entre um termômetro a álcool e um termoscópio utilizar diferentes escalas termométricas e aplicar esses conceitos na calibração de termômetros Além disso você será capaz de coletar e interpretar dados experimentais construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e entender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Equação Termométrica Procedimentos para a realização da atividade 3 Público Segurança do Experimento Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Marcando a Altura da Coluna Líquida I Coloque o termoscópio na posição vertical com o bulbo para baixo ao lado da régua Marque com a caneta a altura da coluna líquida Anote a altura 𝒉𝟏 na Tabela 1 Medindo a Altura 𝒉𝟐 Use a régua milimétrica para medir a altura 𝒉𝟐 da parte superior do bulbo até a primeira marcação Anote o valor na Tabela 1 para o estado térmico ambiente Medindo a Temperatura Ambiente Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura ambiente Anote o valor na Tabela 1 Use o altímetro para encontrar a altitude do ambiente e anote Marcando a Altura da Coluna Líquida II Insira o bulbo do termoscópio no banho de gelo e aguarde até que a coluna líquida estabilize equilíbrio térmico Retire o termoscópio e marque a altura da coluna líquida com a caneta Meça a altura 𝒉𝟏 da segunda marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do gelo Marcando a Altura da Coluna Líquida III Mantenha o bulbo do termoscópio no vapor da água em ebulição até atingir o equilíbrio térmico Retire o termoscópio do vapor e marque a altura da coluna líquida Meça a altura 𝒉𝟑 da terceira marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do vapor Medindo a Temperatura do Ponto do Vapor Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura do ponto do vapor Anote o valor na Tabela 1 Analisando os Resultados Complete a Tabela 1 com os dados obtidos Verifique se as marcas feitas coincidem com as marcas de fábrica do termoscópio Construa um gráfico da altura h em função da temperatura C utilizando o Teorema de Tales Determine o coeficiente linear e angular da equação que representa essa relação Ferva a água sem atingir a ebulição insira o termoscópio na água marque e meça a altura da coluna 4 Público Utilize a equação obtida para calcular a temperatura da água e compare com a medida do termômetro a álcool identificando possíveis discrepâncias Dados experimentais Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Altura da Coluna Líquida I Colocar termoscópio na vertical Marcar altura da coluna líquida Medir Altura 𝒉𝟐 Medir altura 𝒉𝟐 com régua Anotar valor na Tabela 1 Temperatura Ambiente Medir temperatura ambiente Anotar valor na Tabela 1 Medir altitude com altímetro Altura da Coluna Líquida II Colocar termoscópio no banho de gelo Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟏 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Gelo Medir temperatura do ponto do gelo Anotar valor na Tabela 1 Despejar Água no Béquer Adicionar 50 mL de água ao béquer Aquecer até ebulição Altura da Coluna Líquida III Colocar termoscópio no vapor 5 Público Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟑 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Vapor Medir temperatura do ponto do vapor Anotar valor na Tabela 1 Avaliação dos Resultados Completar Tabela 1 Verificar marcas feitas com marcas de fábrica Construir gráfico h x T Determinar coeficientes linear e angular Fervura parcial da água marcar altura calcular temperatura e comparar com termômetro a álcool RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de equação termométrica e a relação entre diferentes escalas de temperatura Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados e analisando esses dados para construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida Além disso aprenderá a aplicar esses conceitos na calibração de termômetros identificar possíveis fontes de erro e discutir a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da equação termométrica O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da equação termométrica na calibração de termômetros e em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como termoscópio termômetro a álcool régua milimétrica e banho de gelo e descreva os procedimentos realizados desde a marcação da altura da coluna líquida até a medição das temperaturas nos diferentes pontos Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo as alturas das colunas líquidas e as temperaturas medidas Na discussão analise os resultados obtidos construindo gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 6 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante marcar a altura da coluna líquida do termoscópio em diferentes pontos de temperatura 2 Explique a razão para usar o banho de gelo no experimento 3 Como a medição da altura da coluna líquida pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para determinar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a diferença entre as temperaturas medidas pelo termômetro a álcool e pela equação obtida Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A2 OBTENÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A pressão de vapor indica o comportamento do líquido em diferentes temperaturas e a entalpia de vaporização quantifica a energia necessária para transformar o líquido em vapor ambos são fundamentias para aplicações industriais como destilação e refrigeração Esta pratica simulada tem por objeitvo que os alunos aprendam a executar procedimentos experimentais coletar e interpretar dados calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e compreender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia 7 Público SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Preenchendo o Béquer e o Condensador Preencher o béquer e o condensador adaptado com água destilada Conectar o condensador ao banho termostático Aguardando o Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático e esperar que a temperatura atinja 0 C Observar a redução da temperatura no painel de controle do simulador Posicionando a Régua Graduada Posicionar a régua graduada próximo ao condensador para visualizar o nível da água dentro do condensador e a altura marcada na régua Aquecendo o Banho Termostático Aumentar a temperatura do banho termostático gradualmente e observar a variação do volume do condensador adaptado à medida que a temperatura aumenta Registrar os dados de temperatura e altura do líquido 𝚫𝒉𝒍í𝒒 e altura do gás 𝚫𝒉𝒈á𝒔 em diferentes temperaturas Medindo a Pressão Atmosférica Utilizar o barômetro digital para medir a pressão atmosférica e registrar o valor 8 Público Calculando os Resultados Utilizar a equação 𝑽 𝝅𝒓𝟐𝚫𝒉𝒈á𝒔 para calcular o volume do gás em cada temperatura Calcular a pressão parcial do ar 𝒑𝒂𝒓 utilizando a equação 𝒑𝒂𝒓 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒈á𝒔 Calcular a quantidade de ar constante durante o experimento com a equação 𝒏𝒂𝒓 𝐩𝒂𝒓𝑽𝒂𝒓 𝑹𝑻 Determinar a pressão de vapor usando a equação 𝒑𝒗 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝒑𝒂𝒓 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒍í𝒒 Analisando os Resultados Preencher a tabela de dados experimentais com as medições realizadas Traçar um gráfico de 𝐥𝐧 𝒑𝒗 em função de 𝑻𝟏 e encontrar a equação da reta para determinar a entalpia de vaporização experimental 𝚫𝑯𝒗 Dados experimentais 9 Público Conclusão Analisar e comparar os resultados experimentais com valores teóricos Discutir possíveis fontes de erro e a relevância dos resultados obtidos para aplicações industriais Densidade da água em diferentes temperaturas Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preenchimento Preencher béquer e condensador com água destilada Conectar condensador ao banho termostático Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático Atingir 0 C no banho termostático Posicionamento Posicionar régua graduada próximo ao condensador Aquecimento e Observação Aumentar a temperatura do banho termostático Registrar altura do líquido e altura do gás em diferentes temperaturas Medida de Pressão Medir pressão atmosférica com barômetro digital Cálculos Calcular volume do gás Calcular pressão parcial do ar Determinar quantidade de ar Calcular pressão de vapor 10 Público Análise de Resultados Preencher tabela de dados experimentais Traçar gráfico da relação entre a pressão de vapor e a temperatura Determinar a entalpia de vaporização experimental RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de pressão de vapor e entalpia de vaporização entendendo como a pressão de vapor varia com a temperatura e a energia necessária para a vaporização Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados analisando esses dados para calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e interpretando os resultados Além disso aprenderá a aplicar os resultados em processos industriais como destilação e refrigeração identificando possíveis fontes de erro e discutindo a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como banho termostático barômetro e condensador e descreva os procedimentos realizados desde o preenchimento dos béqueres até a medição da pressão atmosférica Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo temperaturas alturas dos líquidos e gases e valores calculados de pressão e volume Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos calcule a entalpia de vaporização e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de medir a pressão atmosférica antes de iniciar os cálculos 2 Explique por que é necessário resfriar a água a 0 C antes de iniciar o aquecimento 3 Como a posição da régua graduada influencia na coleta dos dados experimentais 11 Público 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o volume do gás e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da entalpia de vaporização Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A3 AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A determinação do calor específico de líquidos é essencial em diversas aplicações industriais e de engenharia como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento e a fabricação de produtos químicos Este experimento realizado em um simulador oferece aos alunos a oportunidade de aplicar conceitos teóricos de termodinâmica na prática utilizando instrumentos virtuais como balança termômetro e calorímetro O objetivo é desenvolver habilidades práticas de manuseio de equipamentos calcular o calor específico de água e álcool coletar e interpretar dados experimentais e contextualizar a importância dessa propriedade em processos reais preparandoos para a prática profissional com foco na eficiência energética e otimização de processos térmicos SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade 12 Público EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade nº 1 Atividade proposta Determinação do Calor Específico da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Pesando o Volume de Água Fria Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 50 mL de água ao béquer e anotar a massa da água na Tabela 1 Adicionando a Água Fria ao Calorímetro Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar a água do béquer no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial da água T1 Preparando a Água Quente Adicionar 70 mL de água ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 1 Aquecer a água até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar a água quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 1 Descartar a água do calorímetro e repetir os passos de 2 a 5 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 1 ProcedimentoAtividade nº 2 Atividade proposta Determinação do Calor Específico do Álcool Procedimentos para a realização da atividade Pesando o Volume de Álcool Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 60 mL de álcool ao béquer e anotar a massa na Tabela 2 Adicionando o Álcool no Calorímetro 13 Público Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar o álcool no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial do álcool T1 Preparando o Álcool Aquecido Adicionar 80 mL de álcool ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 2 Aquecer o álcool até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar o álcool quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 2 Descartar o álcool do calorímetro e repetir os passos de 8 a 11 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 2 ProcedimentoAtividade nº 3 Atividade proposta Avaliação dos Resultados Procedimentos para a realização da atividade Análise dos Dados Utilizar os dados coletados nas Tabelas 1 e 2 para calcular o calor específico da água e do álcool fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Comparar os valores obtidos com os valores tabelados e calcular a porcentagem de erro Tabela 1 Calor Específico da Água Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟏 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 Tabela 2 Calor Específico do Álcool Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟎 𝟓𝟖 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 14 Público Checklist Preparação Acessar o Laboratório Virtual Equipar EPIs jaleco e óculos de proteção no ambiente virtual Procedimentos Pesagem de Líquidos Tarar a balança com o béquer vazio Adicionar o líquido água ou álcool ao béquer e anotar a massa Medição de Temperatura Inicial Medir e anotar a temperatura inicial do líquido frio Aquecimento do Líquido Adicionar e aquecer o líquido até a temperatura desejada Medir e anotar a temperatura do líquido aquecido Troca Térmica no Calorímetro Transferir o líquido aquecido para o calorímetro contendo o líquido frio Agitar medir e anotar a temperatura final Repetição e Coleta de Dados Repetir os procedimentos para completar os dados experimentais Avaliação dos Resultados Calcular o calor específico dos líquidos Comparar os valores obtidos com os valores tabelados Calcular a porcentagem de erro RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da aula prática esperase que você tenha aprendido a manusear corretamente os equipamentos de laboratório virtual como balanças termômetros e calorímetros e a aplicar os princípios de termodinâmica no cálculo do calor específico de líquidos Você deve ser capaz de 15 Público coletar registrar e analisar dados experimentais de forma organizada compreendendo a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Além disso você entenderá a relevância do uso de EPIs mesmo em simulações virtuais preparandose para práticas laboratoriais reais Essas habilidades são essenciais para sua formação ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática simulada de determinação do calor específico de líquidos O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como balança termômetro e calorímetro e descreva os procedimentos realizados desde a pesagem dos líquidos até a troca térmica no calorímetro Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo massas temperaturas e capacidades caloríficas e calcule o calor específico dos líquidos com base nos dados experimentais Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores tabelados calcule a porcentagem de erro e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de tarar a balança antes de medir a massa do líquido 2 Explique por que é necessário agitar o líquido no calorímetro antes de medir a temperatura final 3 Como a capacidade calorífica do calorímetro influencia nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o calor específico de um líquido e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado do calor específico do líquido Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 16 Público ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U3 ANÁLISE DO VOLUME DE CONTROLE E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Aula A3SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Reações exotérmicas liberam calor enquanto reações endotérmicas absorvem calor Este experimento visa determinar a quantidade de calor envolvida na decomposição do peróxido de hidrogênio usando um calorímetro à pressão constante Compreender essas trocas de calor é fundamental em processos industriais e científicos Os objetivos da prática são que você aprenda a medir o calor liberado ou absorvido em uma reação química utilizar um calorímetro à pressão constante e calcular a variação de entalpia da reação Você também deverá ser capaz de coletar e interpretar dados experimentais distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Variação de Entalpia na Decomposição do Peróxido de Hidrogênio Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento 17 Público Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abra a janela da capela acenda a luz interna e ligue o exaustor Selecionando os Materiais Pegue um béquer de 50 mL vidro de relógio proveta calorímetro e espátula metálica do armário Medindo o Peróxido de Hidrogênio Meça 40 mL de peróxido de hidrogênio H₂O₂ com a proveta e transfira para um béquer Adicionando o Dióxido de Manganês Meça 1 g de dióxido de manganês MnO₂ com a espátula e despeje no calorímetro Homogeneizando a Mistura Agite o calorímetro para misturar os reagentes e registre a temperatura final Variando o Volume de H₂O₂ Limpe o calorímetro e repita o experimento com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anote a temperatura final para cada volume Analisando os Resultados Calcule a quantidade de calor liberada aplicando a fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Complete a tabela com os dados de temperatura inicial e final Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abrir capela e ligar exaustor Selecionar Materiais Pegar béquer vidro de relógio proveta calorímetro espátula Medir H₂O₂ Medir 40 mL de H₂O₂ Transferir para béquer Preparar Calorímetro Transferir H₂O₂ para calorímetro Adicionar MnO₂ Medir 1 g de MnO₂ Adicionar ao calorímetro Homogeneizar Mistura 18 Público Agitar calorímetro Registrar temperatura final Variar Volume H₂O₂ Repetir com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anotar temperaturas Analisar Resultados Calcular calor liberado q m c ΔT Completar tabela Finalização Limpar e guardar materiais Encerre experimento RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de reações endotérmicas e exotérmicas entendendo como a energia é transferida durante as reações químicas Você será capaz de realizar procedimentos experimentais no simulador medindo a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química Além disso aprenderá a utilizar um calorímetro à pressão constante calcular a variação de entalpia da reação e interpretar os dados experimentais Você também deverá distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas A prática reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da variação de entalpia na decomposição do peróxido de hidrogênio O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância das trocas de calor nas reações químicas para processos industriais e científicos Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como calorímetro termômetro proveta béquer e espátula metálica e descreva os procedimentos realizados desde a preparação da solução de peróxido de hidrogênio até a medição das temperaturas iniciais e finais Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo volumes de H₂O₂ temperaturas iniciais e finais e quantidades de calor calculadas Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 19 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador 2 Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês 3 Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 NOME DA INSTITUIÇÃO NOME COMPLETO TERMODINÂMICA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA CIDADE 2025 1 INTRODUÇÃO A Segunda Lei da Termodinâmica estabelece princípios fundamentais sobre a direção natural dos processos e a transferência de energia No contexto químico essa lei é diretamente observada nas reações exotérmicas e endotérmicas que liberam ou absorvem calor respectivamente A decomposição do peróxido de hidrogênio H O catalisada pelo dióxido de manganês MnO é uma reação ₂ ₂ ₂ exotérmica clássica que permite aplicar conceitos de calorimetria para determinar a variação de entalpia Essa prática teve como objetivo medir o calor liberado na reação utilizando um calorímetro a pressão constante registrar as temperaturas envolvidas e calcular a variação de entalpia discutindo sua importância em processos industriais e científicos 2 METODOLOGIA O experimento foi realizado em ambiente simulado VirtuaLab Os equipamentos utilizados foram calorímetro a pressão constante termômetro proveta béquer espátula metálica e vidro de relógio O procedimento iniciouse com a preparação da capela de segurança seguida da medição de 40 mL de peróxido de hidrogênio transferido para o calorímetro Em seguida adicionouse 1 g de dióxido de manganês como catalisador A reação liberou calor elevando a temperatura do sistema que foi registrada após estabilização O processo foi repetido variando os volumes de peróxido de hidrogênio 42 mL e 45 mL para observar o impacto na variação de temperatura Os cálculos foram realizados pela equação QmcΔT considerando a massa de solução a capacidade calorífica do calorímetro e a variação de temperatura RESULTADOS 1 Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador A medição da temperatura inicial é fundamental para estabelecer a referência de comparação Sem esse valor não seria possível calcular corretamente a variação de temperatura provocada pela reação e consequentemente a quantidade de calor liberada 2 Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês A agitação garante a homogeneização da mistura permitindo que todo o sistema atinja equilíbrio térmico Isso evita que regiões locais do calorímetro apresentem temperaturas diferentes o que comprometeria a precisão da medição 3 Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento O MnO atua como catalisador acelerando a reação Se for adicionado em ₂ excesso pode provocar uma liberação de calor muito rápida dificultando a medição precisa da temperatura final Se for insuficiente a reação pode ocorrer de forma lenta ou incompleta afetando a exatidão dos resultados 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula A equação utilizada é QmcΔT onde Q é o calor liberado m é a massa da solução c é a capacidade calorífica e ΔT a diferença entre a temperatura final e inicial A partir dos dados de temperatura registrados no calorímetro o valor de Q pode ser calculado e posteriormente relacionado à variação de entalpia da reação 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia Explique possíveis causas para essa diferença Diferenças entre valores experimentais e tabelados podem decorrer de erros de leitura perdas de calor para o ambiente imprecisão na quantidade de reagentes limitações do calorímetro ou mesmo da eficiência do catalisador Em experimentos reais a dissipação de calor pelas paredes do calorímetro e a não completa homogeneização da mistura são causas frequentes de erro 3 CONCLUSÕES A prática permitiu compreender de forma aplicada os conceitos de reações exotérmicas variação de entalpia e utilização de calorimetria na determinação de trocas de energia A atividade mostrou que a medição cuidadosa das temperaturas a correta manipulação do calorímetro e o uso controlado do catalisador são fatores determinantes para a precisão dos resultados Além disso a simulação reforçou a importância das trocas de calor em processos industriais e científicos como na produção de energia no desenvolvimento de catalisadores e na compreensão de reações químicas em sistemas complexos REFERÊNCIAS BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020