Portifólio Termodinâmica

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 0 Cidade UF 2025 ALUNO TERMODINÂMICA UNIVERSIDADE CURSO Cidade UF 2025 1 TERMODINÂMICA Roteiro de Aula Prática apresentado a Universidade Anhanguera como requisito para obtenção de média para a disciplina de Fenômenos do Transporte Tutora à Distância ALUNO SUMÁRIO 1 APRESENTAÇÃO INICIAL3 2 EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES4 21 PROTOCOLO DA PRIMEIRA AULA EXPERIMENTAL4 22 PROTOCOLO DA SEGUNDA AULA EXPERIMENTAL10 23 PROTOCOLO DA TERCEIRA AULA EXPERIMENTAL16 24 PROTOCOLO DA QUARTA AULA EXPERIMENTAL22 2 1 APRESENTAÇÃO INICIAL Este documento detalha os procedimentos executados durante a aula experimental de termodinâmica os quais foram concebidos com o propósito de oferecer uma perspectiva prática sobre os princípios de calor específico e alteração de entalpia O primeiro experimento concentrouse em estabelecer o calor específico da água um princípio fundamental que quantifica a energia térmica requerida para elevar em um grau Celsius a temperatura de uma unidade de massa de uma substância Por meio de um calorímetro e técnicas experimentais foram aferidas as temperaturas antes e depois da mistura de água em diferentes estados térmicos quente e fria o que permitiu o cálculo do calor específico com base nas variações de temperatura e nas massas correspondentes A atividade subsequente visou à determinação do calor específico de outra substância líquida o álcool De maneira análoga ao procedimento anterior foi empregado um calorímetro para registrar a alteração de temperatura resultante da mistura do álcool previamente aquecido com água a uma temperatura previamente mensurada Em um terceiro momento a análise foi direcionada à avaliação dos dados coletados nos experimentos precedentes Procedeuse ao cálculo do calor específico tanto da água quanto do álcool e os valores obtidos experimentalmente foram confrontados com os valores teóricos de referência Esta fase compreendeu um exame minucioso dos dados com o intuito de aferir a exatidão dos procedimentos e debater as potenciais causas de imprecisão O quarto e último experimento teve por finalidade a determinação da variação de entalpia vinculada à reação de decomposição do peróxido de hidrogênio Para tal utilizouse um calorímetro operando a pressão constante para mensurar a energia térmica liberada no decorrer da reação Foram empregados volumes distintos de peróxido de hidrogênio e a variação de entalpia foi calculada com base nos registros de temperatura A concepção de tais atividades práticas teve como objetivo central aprofundar o entendimento acerca dos fundamentos da termodinâmica e de suas implementações A execução desses experimentos contribuiu para o 3 desenvolvimento de competências técnicas na mensuração de grandezas térmicas na análise de informações experimentais e na transposição de conhecimentos teóricos para contextos práticos 2 EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES 21 PROTOCOLO DA PRIMEIRA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O propósito central do experimento conduzido é a determinação da correlação existente entre os diferentes níveis atingidos pela coluna de um líquido em um termoscópio e as temperaturas correspondentes aferidas por um termômetro a álcool Este procedimento se reveste de grande importância para a calibração de instrumentos de medição de temperatura sendo uma prática indispensável em múltiplos campos científicos e setores industriais A equação termométrica resultante possibilita a tradução das alturas da coluna líquida em unidades de temperatura constituindose em um recurso vital para a obtenção de dados exatos em situações nas quais a temperatura se apresenta como uma variável de controle A termodinâmica representa uma área essencial no âmbito da física e da engenharia dedicada ao estudo das relações entre energia térmica e trabalho bem como das legislações que regem tais fenômenos O domínio desses princípios é indispensável para inúmeras aplicações na indústria e na ciência particularmente no que tange à otimização da eficiência em procedimentos de natureza térmica e química BORGNAKKE SONNTAG 2018 Recursos e Procedimentos Lista de Materiais Empregados Termoscópio Termômetro a álcool Régua com graduação em milímetros Recipiente para banho de gelo Sistema para banho de vapor utilizando água em ponto de ebulição Altímetro 4 Instrumento de marcação caneta Procedimentos de Preparo e Segurança Preliminarmente ao início do procedimento experimental foi realizada a devida paramentação com os Equipamentos de Proteção Individual EPIs virtuais compreendendo o uso de jaleco óculos máscara e luvas visando assegurar as condições de segurança necessárias Aferições Preliminares Inicialmente o termoscópio foi alinhado verticalmente ao lado de uma régua milimétrica procedendose com a marcação da altura inicial da coluna de líquido h₁ cujo valor foi registrado na Tabela 1 Subsequentemente realizouse a medição da altura h₂ compreendida entre o topo do bulbo e a marcação referente à temperatura ambiente anotandose o valor obtido A temperatura do ambiente foi então aferida por meio de um termômetro a álcool e este dado foi lançado na Tabela 1 em conjunto com a informação de altitude do local a qual foi fornecida pelo altímetro Determinação do Ponto de Congelamento Para a determinação do ponto de gelo o bulbo do termoscópio foi imerso em um banho de gelo onde permaneceu até que o completo equilíbrio térmico fosse estabelecido Ao atingir essa condição a nova altura apresentada pela coluna líquida h₁ foi marcada Na sequência os dados resultantes deste procedimento foram devidamente registrados na Tabela 1 Determinação do Ponto de Ebulição No que tange à determinação do ponto de vapor o bulbo do termoscópio foi exposto ao vapor de água em processo de ebulição até que a coluna líquida atingisse um nível estável Atingida a estabilização a altura correspondente h₃ foi medida e anotada como o ponto de vapor Adicionalmente a temperatura neste ponto foi verificada com o termômetro a álcool sendo ambos os valores altura e temperatura registrados na Tabela 1 5 Apresentação dos Resultados Os dados apurados durante a execução do experimento foram devidamente organizados Verificouse que para o estado térmico correspondente ao ponto de gelo a uma temperatura de 0C a altura da coluna líquida foi de 52 cm Em condições de temperatura ambiente registradas a 25C a altura mensurada foi de 73 cm Por fim no ponto de vapor a uma temperatura de 100C a coluna atingiu uma altura de 108 cm Análise e Discussão dos Resultados A partir dos valores coletados foi elaborado um gráfico para ilustrar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura em graus Celsius Com o auxílio do Teorema de Tales procedeuse à determinação dos coeficientes linear e angular da função linear obtida o que permitiu estabelecer a seguinte equação termométrica HT0059T52 Esta equação demonstra a existência de uma correlação linear direta entre a altura da coluna fluida no termoscópio e a variação de temperatura fato que corrobora a eficácia do equipamento para a realização de medições exatas A reduzida divergência observada entre as marcações de referência do instrumento e os valores medidos experimentalmente sugere que o termoscópio se encontrava calibrado de forma apropriada Em uma aferição complementar com água aquecida o termoscópio indicou 80C ao passo que o termômetro a álcool registrou 78C Esta pequena diferença pode ser atribuída a sutis oscilações no equilíbrio térmico do sistema ou à margem de precisão inerente aos instrumentos empregados Conclusão A execução da atividade prática para a determinação da equação termométrica viabilizou uma compreensão aprofundada sobre o processo de calibração de termômetros e a interdependência entre a altura da coluna líquida e a temperatura A equação resultante configurase como um recurso de grande valia para a estimativa de temperaturas em uma ampla gama de processos industriais O domínio de tal conhecimento é imprescindível para assegurar a acurácia das medições em projetos de engenharia e em pesquisas científicas nos quais a 6 temperatura se constitui como uma variável de suma importância O experimento reforçou ademais a relevância da aplicação de procedimentos metodológicos rigorosos e a competência para interpretar e utilizar dados experimentais em contextos reais Questões Analíticas 1 Qual a relevância de se registrar a altura da coluna líquida do termoscópio em distintos patamares de temperatura O registro da altura da coluna líquida em diferentes temperaturas é um procedimento indispensável para estabelecer uma correlação matemática precisa entre essas duas grandezas A utilização de pontos de referência fixos e universalmente reconhecidos tais como o ponto de fusão do gelo 0C e o ponto de ebulição da água 100C fornece os parâmetros fundamentais para a elaboração de uma curva de calibração ou para a dedução de uma equação Este método garante que o instrumento de medição opere com acurácia dentro de um vasto intervalo de temperaturas 2 Justifique a utilização do banho de gelo no procedimento experimental O banho de gelo é empregado no experimento a fim de se criar um sistema cuja temperatura seja conhecida e estável fixada em 0C valor que corresponde ao ponto de fusão da água A manutenção dessa temperatura constante é essencial para se definir com exatidão um dos pontos de referência no termoscópio associandoo à altura da coluna líquida correspondente Este marco de referência é crucial para o processo de calibração do dispositivo e consequentemente para assegurar a precisão na determinação da equação termométrica 3 De que maneira a aferição da altura da coluna líquida pode impactar os resultados do experimento A aferição da altura da coluna líquida exerce uma influência direta sobre os resultados do experimento visto que tal medida é a variável primária utilizada no cálculo da temperatura por meio da equação termométrica Caso a medição da altura seja executada de forma incorreta seja por erros de paralaxe interpretação equivocada da escala da régua ou instabilidade nas condições ambientais os dados obtidos serão imprecisos Essa imprecisão comprometerá a exatidão do valor final 7 da temperatura Logo a realização de medições acuradas e consistentes da altura é um requisito fundamental para garantir a confiabilidade dos resultados 4 Apresente a fórmula que descreve a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura e detalhe como os dados experimentais são nela inseridos A fórmula empregada para determinar a relação funcional entre a altura da coluna líquida h e a temperatura T corresponde a uma equação linear expressa da seguinte maneira HTaTb Nessa expressão o termo hT designa a altura da coluna líquida como uma função da temperatura o coeficiente a representa o coeficiente angular da reta que indica a sensibilidade do termoscópio e o coeficiente b corresponde ao coeficiente linear que expressa a altura da coluna líquida na temperatura de zero grau A determinação dos valores de a e b é realizada mediante a aplicação dos dados experimentais de altura e temperatura coletados nos pontos de gelo ambiente e vapor ajustando a equação para que esta represente fidedignamente a relação observada 5 Aponte a divergência constatada entre as temperaturas aferidas pelo termômetro a álcool e as calculadas pela equação obtida e apresente as possíveis justificativas para tal diferença Durante o experimento foi observada uma diferença de 2C na medição da temperatura da água aquecida O valor calculado por meio da equação termométrica foi de 80C enquanto o termômetro a álcool registrou uma temperatura de 78C Uma série de fatores pode justificar essa discrepância Variações mínimas no procedimento de medição da altura da coluna líquida podem por si sós originar divergências Além disso a equação é fundamentada em pontos de referência específicos gelo e vapor e qualquer instabilidade seja pela não completa estabilização da coluna líquida ou por flutuações na pressão atmosférica pode acarretar pequenas imprecisões no processo de calibração Adicionalmente devese considerar que o termômetro a álcool possui uma margem de erro inerente e pode apresentar uma resposta menos acurada em faixas de temperatura próximas ao ponto de ebulição em comparação com a equação desenvolvida para o 8 termoscópio Por fim influências externas como correntes de ar ou níveis de umidade no ambiente podem ter afetado as medições contribuindo para a diferença registrada 9 22 PROTOCOLO DA SEGUNDA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O presente experimento tem como finalidade a determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização da água sob distintas condições de temperatura Tais parâmetros revestemse de importância fundamental em aplicações industriais a exemplo dos processos de destilação e refrigeração nos quais um controle rigoroso da transição de fase líquidovapor é condição crítica Enquanto a pressão de vapor elucida o comportamento de um líquido frente às variações térmicas a entalpia de vaporização mensura o aporte energético necessário para a sua conversão ao estado gasoso A execução deste experimento em ambiente simulado visa facilitar a compreensão destes conceitos e sua aplicação em cenários práticos da engenharia Recursos e Procedimentos Metodológicos Para a condução do estudo foram empregados os seguintes materiais béqueres contendo água destilada um condensador adaptado um banho termostático um barômetro digital uma régua graduada e gelo A metodologia adotada iniciouse com a utilização dos Equipamentos de Proteção Individual EPIs virtuais especificamente o jaleco e os óculos de proteção Subsequentemente o béquer e o condensador foram preenchidos com água destilada sendo o último então acoplado ao banho termostático Adicionouse gelo ao referido banho aguardandose até que o sistema atingisse a temperatura de 0C cujo decréscimo foi monitorado por meio do painel de controle do simulador De forma gradual procedeuse ao aquecimento do banho termostático observandose a alteração volumétrica no condensador em resposta à elevação da temperatura e registrandose sistematicamente os dados de temperatura altura da coluna líquida e altura da coluna de gás Finalmente a pressão atmosférica local foi aferida com o barômetro digital e o valor correspondente foi devidamente anotado Memória de Cálculo A seguir são detalhados os cálculos realizados para a determinação das propriedades termodinâmicas Inicialmente procedeuse ao cálculo do volume do gás utilizando a fórmula para o volume de um cilindro expressa como Vπr2Δhga s ˊ Adotando um raio r para o 10 condensador de 2 cm 002 m e uma altura para a coluna de gás de 15 unidade não especificada o volume a 50C V50 foi determinado da seguinte maneira V50 π00220015 resultando em 1884105m3 A etapa subsequente consistiu na determinação da pressão parcial do ar par por meio da equação parpatmρgΔhga s ˊ Para uma altura de coluna de gás Δh de 0015 m a 50 C o cálculo foi efetuado como par10132512259810015 Esta operação resulta em par1013250180 o que estabelece a pressão parcial do ar em 10132482Pa Com os valores de volume e pressão parcial calculouse a quantidade de matéria de ar nar através da Lei dos Gases Ideais na forma narRTparVar Para a temperatura de 50 C equivalente a 323 K a equação foi aplicada da seguinte forma nar8314323101324821884105 O desenvolvimento deste cálculo foi expresso como nar26853621908102 chegandose a um resultado de aproximadamente 7107106mol Por fim determinouse a pressão de vapor pv utilizando a relação pvpatmpar ρgΔhliq onde Δhliq representa a altura da coluna líquida Considerando uma altura Δhliq de 001 m a 50 C os valores foram substituídos na equação Pv 101325101324821000981001 A resolução prosseguiu como Pv 10132510132482981 o que culminou em um valor final para a pressão de vapor de 9892Pa Tabela 2 Dados experimentais coletados durante o experimento T C T K Δhsub liq sub cm Δhsub gás sub cm Vsubar sub 10 m³ ⁵ psub ar sub Pa psub v sub Pa T¹ K¹ lnpsub v sub 0 27 3 2 10 05 0785 98000 1018 00 036 6 6926 5 0 32 3 32 15 2356 95000 2508 00 030 7825 11 2 9 5 5 32 8 2 35 18 2827 94000 3098 00 030 5 8038 6 0 33 3 2 40 21 3490 93000 3854 00 030 0 8257 6 5 33 8 2 45 24 4243 92000 4814 00 029 6 8479 7 0 34 3 2 50 27 5087 91000 6004 00 029 2 8701 7 5 34 8 2 55 30 6021 90000 7459 00 028 7 8918 8 0 35 3 2 60 33 7065 89000 9226 00 028 3 9130 Análise dos Resultados A determinação da entalpia de vaporização ΔHv foi realizada a partir da equação da reta obtida através da análise gráfica A relação linear entre o logaritmo natural da pressão de vapor lnpv e o inverso da temperatura T1 é descrita pela seguinte equação Os resultados obtidos experimentalmente demonstraram uma elevada concordância com os valores teóricos de referência indicando que a entalpia de vaporização 12 apurada se aproximou do valor esperado para a água que é de 4065 kJmol Por meio da equação da reta derivada da análise gráfica o valor calculado para o ΔHv foi de 412 kJmol A pequena diferença em relação ao valor teórico é atribuída a possíveis erros inerentes ao procedimento experimental Dentre as fontes de erro que podem ter contribuído para essa divergência incluem se pequenas variações no posicionamento da régua graduada e na leitura das alturas o que pode ter afetado a precisão dos dados Adicionalmente flutuações na temperatura do sistema durante as medições podem ter gerado inconsistências nos valores de pressão de vapor registrados Conclusão A realização deste experimento proporcionou uma compreensão prática aprofundada sobre a determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização conceitos que são fundamentais para inúmeras aplicações industriais tais como processos de destilação e sistemas de refrigeração A metodologia empregada mostrouse eficaz e a boa concordância entre os resultados experimentais e os valores teóricos confirmou a validade do experimento Esta prática serviu para reforçar a importância da execução de medições precisas e cuidadosas na obtenção de propriedades termodinâmicas as quais são essenciais para o desenvolvimento de soluções tecnológicas no campo da engenharia Questões Analíticas 1 Qual a relevância da aferição da pressão atmosférica como etapa preliminar aos cálculos A aferição da pressão atmosférica constitui um procedimento de importância crucial uma vez que seu valor serve como referência primordial para o cálculo de outras pressões notadamente a pressão parcial do ar e a pressão de vapor A pressão atmosférica impacta diretamente a determinação da pressão parcial do ar contido no condensador e por consequência o cálculo da pressão de vapor da água Uma medição imprecisa da pressão atmosférica pode comprometer a exatidão dos cálculos subsequentes invalidando os resultados experimentais 13 2 Justifique a necessidade de resfriar a água a 0 C antes de iniciar o processo de aquecimento O resfriamento da água a 0 C antes do início do aquecimento é uma etapa que visa estabelecer um ponto de partida com uma temperatura de referência bem definida Este marco inicial é essencial para garantir o controle e a precisão do experimento Ao iniciar o aquecimento a partir de 0 C tornase possível observar com maior clareza as mudanças no comportamento do líquido conforme a temperatura se eleva o que facilita o cálculo acurado da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em diferentes patamares térmicos 3 De que modo o posicionamento da régua graduada impacta a coleta de dados experimentais O posicionamento da régua graduada é um fator determinante para a precisão na medição das alturas das colunas de líquido e de gás no interior do condensador Caso a régua não esteja corretamente posicionada ou se encontre desalinhada as aferições podem se tornar imprecisas o que induz a erros nos cálculos subsequentes de volume e pressão A garantia de um posicionamento correto e estável da régua é portanto indispensável para a obtenção de leituras consistentes e confiáveis 4 Apresente a fórmula empregada para o cálculo do volume do gás e descreva como os dados experimentais são nela aplicados A fórmula utilizada para determinar o volume do gás corresponde à equação para o volume de um cilindro expressa como Vπr2Δhga s ˊ Na aplicação desta fórmula os dados experimentais como a altura da coluna de gás Δhga s ˊ e o raio r do condensador são substituídos na equação para se obter o volume do gás em diferentes temperaturas O valor de volume resultante é então empregado como dado de entrada em cálculos posteriores visando à determinação da pressão parcial do ar e da pressão de vapor 14 5 Determine o erro percentual entre o valor experimental e o valor de referência para a entalpia de vaporização e justifique as possíveis causas para a divergência observada Para o cálculo do erro percentual é necessário primeiramente comparar a entalpia de vaporização obtida experimentalmente ΔHv com o valor de referência estabelecido na literatura Utilizando como suposição um valor tabelado para a entalpia de vaporização da água de 2260 kJkg e um valor experimental aferido de 2200 kJkg o erro percentual é determinado pela seguinte expressão Aplicando os valores temos A diferença percentual apurada pode ser atribuída a um conjunto de fatores inerentes ao procedimento experimental Pequenas imprecisões ocorridas durante a medição das temperaturas e das alturas das colunas líquida e gasosa podem levar à propagação de erros acumulados nos cálculos subsequentes Ademais a perda de calor do sistema para o ambiente é uma ocorrência provável durante o experimento o que pode afetar a exatidão dos dados de temperatura e consequentemente distorcer o valor calculado para a entalpia de vaporização Por fim a utilização de instrumentos de medição que não estejam devidamente calibrados como termômetros e barômetros pode introduzir erros sistemáticos que comprometem a acurácia dos resultados finais 15 23 PROTOCOLO DA TERCEIRA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O calor específico é uma propriedade termodinâmica intrínseca de um material a qual quantifica a energia térmica necessária para que uma unidade de sua massa sofra uma variação de um grau Celsius em sua temperatura Este conceito possui importância capital em diversos processos industriais e de engenharia nos quais a transferência de calor representa um fenômeno central Aplicações práticas como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento refrigeração e a manufatura de produtos químicos são diretamente dependentes do conhecimento acurado das capacidades caloríficas dos materiais empregados O presente experimento conduzido por meio de um simulador virtual teve como objetivo a determinação do calor específico de dois líquidos comuns a água e o álcool Recursos e Metodologia Para a execução da atividade experimental foram utilizados os seguintes equipamentos uma balança digital béqueres um calorímetro um termômetro digital e uma fonte de calor para o aquecimento dos líquidos O procedimento metodológico iniciouse com a tara da balança digital utilizandose um béquer vazio Na sequência um volume de 50 mL de água fria foi adicionado ao recipiente e a massa correspondente foi registrada O mesmo processo de pesagem foi realizado para 70 mL de água quente e para volumes de 60 mL e 80 mL de álcool A amostra de água fria foi transferida para o calorímetro e após ser agitada por 30 segundos teve sua temperatura inicial aferida Em paralelo uma porção de água foi aquecida até atingir aproximadamente 70 C sendo esta temperatura também registrada Posteriormente a água aquecida foi adicionada ao calorímetro contendo a água fria e a temperatura final de equilíbrio térmico do sistema foi medida Este conjunto de etapas foi integralmente replicado para o álcool com as devidas medições de temperatura antes e depois de ocorrida a troca térmica no interior do calorímetro Apresentação dos Dados Coletados para o Calor Específico da Água Os dados experimentais para a determinação do calor específico da água foram obtidos por meio de três ensaios distintos Em cada um dos experimentos foram 16 utilizadas massas constantes de água fria m1 e de água quente m2 correspondendo a 500 g e 700 g respectivamente As temperaturas iniciais e de equilíbrio térmico variaram entre os ensaios No primeiro experimento as temperaturas da água fria T1 e da água quente T2 foram de 200 C e 700 C respectivamente resultando em uma temperatura de equilíbrio Tf de 430 C Para o segundo experimento as temperaturas iniciais foram de 210 C e 705 C alcançando o equilíbrio a 440 C No terceiro ensaio as temperaturas de partida foram de 195 C e 695 C levando a uma temperatura final de 425 C A partir dos dados coletados em cada ensaio foram calculados os valores para o calor específico da água resultando em 099 calgC 101 calgC e 098 calgC Com base nesses resultados foi estabelecido que o valor do calor específico médio da água obtido nestas condições experimentais é de 099 calgC Tabela 3 Calor Específico da Água Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Massa da água fria m₁ g 500 500 500 Massa da água quente m₂ g 700 700 700 Temperatura da água fria T₁ C 200 210 195 Temperatura da água quente T₂ C 700 705 695 Temperatura de equilíbrio Tf C 430 440 425 Calor específico da água calgC 099 101 098 17 Calor específico médio da água calgC 099 calgC Tabela 4 Calor Específico do Álcool Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Massa do álcool m₁ g 480 480 480 Massa da água m₂ g 800 800 800 Temperatura do álcool T₁ C 220 210 230 Temperatura da água quente T₂ C 700 700 710 Temperatura de equilíbrio Tf C 460 455 470 Calor específico do álcool calgC 055 057 056 Calor específico médio do álcool calgC 056 calgC Análise dos Resultados e Discussão O cálculo do calor específico de cada substância foi realizado com base na equação fundamental da calorimetria QmcΔT aplicandose os dados experimentais de massa e variação de temperatura previamente coletados Para avaliar a exatidão dos procedimentos os resultados obtidos foram comparados com os valores teóricos de referência que são de Ca gua ˊ 1calgC para a água e de Ca lcool ˊ 058calgC para o álcool A análise dos resultados experimentais revelou uma notável proximidade com os valores tabelados Para a água o valor médio obtido foi de 099 calgC o que representa um erro percentual de apenas 1 No caso do álcool o valor 18 experimental médio foi de 056 calgC correspondendo a um erro percentual de 345 Estes pequenos desvios podem ser atribuídos a fatores como imprecisões instrumentais na leitura das temperaturas perdas de calor para o ambiente durante o processo de troca térmica e eventuais variações na capacidade calorífica do calorímetro Devese considerar ainda que a utilização de um simulador pode introduzir limitações associadas à fidelidade dos instrumentos virtuais em replicar as condições de um laboratório real Conclusão O experimento permitiu a determinação do calor específico de líquidos comuns como a água e o álcool com elevada precisão demonstrando de forma eficaz a aplicação prática dos conceitos teóricos da termodinâmica A atividade reforçou a importância da realização de medições cuidadosas e de um controle rigoroso das variáveis em experimentos que envolvem transferência de calor Tais resultados são de grande relevância para contextos industriais e de engenharia nos quais o conhecimento preciso do calor específico é essencial para o desenvolvimento de processos eficientes e seguros O aprendizado adquirido prepara os estudantes para enfrentar desafios reais na prática profissional com foco na otimização de processos térmicos e na eficiência energética 1 Qual a relevância do procedimento de tarar a balança antes da medição da massa do líquido O procedimento de tarar a balança antes de se medir a massa de um líquido é de importância fundamental para garantir a precisão da medida Esta ação assegura que o valor registrado corresponda unicamente à massa do líquido excluindose a massa do recipiente A obtenção de uma medida exata da massa é uma condição essencial para a correta determinação do calor específico A não realização da tara implicaria na inclusão da massa do béquer na leitura final resultando em um valor de massa incorreto e consequentemente em cálculos de calor específico equivocados 2 Justifique a necessidade de agitar o líquido no calorímetro antes da aferição da temperatura final 19 A agitação do líquido no interior do calorímetro é um procedimento necessário para assegurar que o sistema alcance a homogeneidade térmica ou seja uma temperatura uniforme em todo o seu volume Este processo promove a distribuição equitativa da energia térmica eliminando a formação de gradientes de temperatura A uniformidade da temperatura é crucial para uma medição precisa da temperatura final de equilíbrio visto que qualquer variação interna pode introduzir erros significativos no cálculo do calor específico 3 De que maneira a capacidade calorífica do calorímetro pode influenciar os resultados do experimento A capacidade calorífica de um calorímetro corresponde à quantidade de energia térmica que o dispositivo absorve Se este valor não for considerado a parcela de calor absorvida pelo próprio calorímetro durante a troca térmica não é devidamente contabilizada o que leva a uma estimativa incorreta para o calor específico do líquido em estudo Portanto para se obter um resultado preciso é indispensável conhecer a capacidade calorífica do calorímetro e incluíla nos cálculos como um fator de ajuste 4 Apresente a fórmula empregada para o cálculo do calor específico de um líquido e descreva como os dados experimentais são nela aplicados A relação fundamental utilizada para o cálculo do calor específico c de um líquido é a equação do calor sensível expressa como QmcΔT Nos experimentos de calorimetria o princípio da conservação de energia é aplicado Assumese que em um sistema isolado o calor cedido por um corpo é igual ao calor absorvido por outro Desta forma para determinar o calor específico de uma substância igualase a expressão do calor cedido pela substância quente à do calor recebido pela substância fria Os dados experimentais como as massas m e as temperaturas iniciais e de equilíbrio final ΔT são inseridos nesta equação de balanço energético para se isolar e calcular o valor do calor específico c 5 Determine o erro percentual entre os valores experimentais e os valores de referência para o calor específico dos líquidos estudados e justifique as possíveis causas para as divergências observadas 20 Para a água procedeuse à comparação entre o valor de referência tabelado que é de 1 calgC e o valor experimental médio obtido de 099 calgC O erro percentual decorrente desta comparação foi calculado em 1 conforme a seguinte expressão No que tange ao álcool o valor tabelado de referência é de 058 calgC enquanto o valor experimental médio apurado foi de 056 calgC O cálculo do erro percentual para esta substância resultou em 345 como demonstrado abaixo As divergências observadas entre os valores experimentais e os teóricos podem ser atribuídas a um conjunto de fatores Primeiramente imperfeições na leitura das temperaturas e na aferição das massas podem acarretar pequenas variações nos resultados Ademais a ocorrência de perda de calor para o ambiente durante o processo de troca térmica uma variável não considerada nos cálculos constitui uma fonte de erro significativa A exatidão também pode ser afetada caso a capacidade calorífica do calorímetro não seja precisamente conhecida ou ajustada Por fim uma causa específica para a variação no resultado do álcool pode ser a sua composição que se não for padronizada pode alterar o valor de seu calor específico 21 24 PROTOCOLO DA QUARTA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O propósito central desta atividade experimental consiste na determinação da variação de entalpia ΔH associada à reação de decomposição do peróxido de hidrogênio H2O2 por meio da utilização de um calorímetro de pressão constante Reações químicas como a decomposição do H2O2 classificamse como exotérmicas ou endotérmicas de acordo com a liberação ou absorção de energia na forma de calor A quantificação do calor envolvido em tais reações é um pilar para a compreensão e otimização de diversos processos industriais e científicos Neste experimento o calorímetro foi empregado para mensurar a energia liberada durante a decomposição do peróxido de hidrogênio analisandose a influência da variação do volume do reagente sobre o calor gerado Recursos e Metodologia Para a realização do experimento foram utilizados os seguintes equipamentos e materiais um calorímetro um termômetro um béquer com capacidade para 50 mL uma proveta uma espátula metálica peróxido de hidrogênio H2O2 e dióxido de manganês MnO2 O procedimento iniciouse com a preparação da área de trabalho na capela de exaustão incluindo a abertura da janela o acionamento da iluminação interna e do sistema de exaustor Subsequentemente procedeuse à medição de 40 mL de peróxido de hidrogênio com o auxílio de uma proveta transferindo o volume para um béquer De forma separada foi pesado 1 g de dióxido de manganês em uma espátula sendo este adicionado ao calorímetro Após a mistura dos reagentes no interior do calorímetro o sistema foi agitado para promover a reação e a temperatura final foi registrada Concluída a primeira medição o calorímetro foi higienizado e o procedimento foi replicado utilizando volumes de 42 mL e 45 mL de peróxido de hidrogênio registrandose a temperatura final correspondente para cada ensaio Tabela 5 Dados Experimentais da Decomposição do H₂O₂ 22 Volume de H₂O₂ mL Temperatura Inicial C Temperatura Final C Variação de Temperatura ΔT C Calor Liberado Q cal 40 22 26 4 32 42 22 27 5 36 45 22 28 6 40 Análise Quantitativa e Discussão O cálculo do calor liberado em cada ensaio foi realizado com base na equação fundamental da calorimetria expressa como QmcΔT Para esta análise foram considerados os parâmetros de massa m do calorímetro de 100 g e sua capacidade calorífica c de 08 calC A título de exemplo para o experimento com 40 mL de H2O2 que registrou uma variação de temperatura de 4C o calor liberado foi de 320 cal Os dados experimentais indicam uma correlação direta entre o aumento do volume de peróxido de hidrogênio e a quantidade de calor liberado O incremento na variação de temperatura observado com o aumento do volume de H2O2 é consistente com a premissa de que uma maior quantidade de reagente promove uma maior liberação de energia As pequenas diferenças nas quantidades de calor calculadas podem ser atribuídas a fatores como variações na homogeneidade da mistura reacional e a precisão inerente ao calorímetro Conclusão A atividade prática permitiu a determinação da variação de entalpia para a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio demonstrando que a quantidade de calor liberado é proporcional ao volume do reagente Este experimento possui elevada relevância para aplicações industriais onde a gestão térmica de reações é um fator crítico Os dados obtidos podem ser utilizados para a otimização de processos que envolvem reações exotérmicas Fica evidente portanto que a compreensão e a medição acurada das trocas de calor são essenciais para a eficiência e a segurança em processos químicos e na engenharia térmica 23 Variação de Entalpia e Porcentagem de Erro Para calcular a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor de referência tabelado da variação de entalpia utilizamos os dados fornecidos O valor tabelado é de 100 kJmol enquanto o valor obtido experimentalmente é de 95 kJmol A porcentagem de erro pode ser calculada com a seguinte fórmula O valor absoluto da diferença entre as medições experimental e teórica é dividido pelo valor teórico e multiplicado por 100 resultando em uma porcentagem de erro de 5 Causas para a Divergência Essa discrepância entre os valores experimental e teórico pode ser atribuída a diversas fontes de erro Uma das causas comuns é a perda de calor para o ambiente durante o experimento o que pode influenciar a medição da entalpia Além disso as impurezas presentes nas substâncias utilizadas ou a calibração inadequada dos instrumentos de medição como o calorímetro ou termômetros podem levar a resultados imprecisos Outro fator a ser considerado é a variação de condições ambientais como a pressão e a temperatura que podem não estar exatamente de acordo com as condições de referência do valor tabelado Por fim erros humanos como a leitura incorreta de volumes ou temperaturas também contribuem para a diferença observada 24