Fisica Termodinamica
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1.Resumo
O experimento feito teve como objetivo identificar a condutividade térmica dos
radiais de determinados metais e através de pesquisas e de alguns cálculos necessários
feitos entender a causa desta condutividade térmica baseando-nos nos conceitos de
condução térmica e no experimento onde tivemos que observar quando ocorria o
derretimento de uma porção de parafina de vela postada na ponta dos radiais usados no
experimento.
A partir de todas essas observações, dos resultados obtidos nos cálculos e
principalmente das informações obtidas através de pesquisas necessárias para o
desenvolvimento deste experimento, concluímos então que a condução térmica dos
materiais depende somente do coeficiente de condutividade térmica destes materiais e não
do diâmetro, ou nem mesmo da diferença entre os metais dos radiais utilizados no
experimento.
2.Introdução
No dia vinte e nove de outubro de dois mil e dez, realizamos um experimento de
condutividade térmica.
Baseamos-nos na teoria de condutividade térmica e nas observações feitas durante o
experimento. E a respeito da teoria temos que: condução térmica é a transferência de
energia térmica entre átomos e/ou moléculas vizinhas em uma substância devido a um
gradiente de temperatura. Noutras palavras, é um modo do fenômeno de transferência
térmica causado por uma diferença de temperatura entre duas regiões em um mesmo meio,
ou entre dois meios em contato.
Em nosso experimento usamos alguns metais como, alumínio de espessura fina,
alumínio de espessura grossa, cobre metal amarelo (latão) e ferro.
Os metais e suas ligas, sejam sólidos ou líquidos, devido à elevada condutividade
térmica, são excelentes meios de propagação de calor, normalmente associada à
condutividade elétrica.
A condução térmica pode ser interpretada como a transmissão passo a passo de
agitação térmica: um átomo (ou uma molécula) transfere parte de sua energia cinética ao
átomo vizinho, sendo um fenômeno de transporte de energia interna devido à
heterogeneidade da agitação molecular.
3.Objetivo
O objetivo deste experimento foi entender como e porque, ocorreu a condutividade
térmica de cada metal em determinado tempo, onde ocorreu de forma graduada a
condução térmica do núcleo do pedestal até a extremidade de cada metal, para depois do
recolhimento de informações durante o experimento e depois com pesquisas
entenderíamos as causas deste fenômeno.
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4.Materiais
Os materiais utilizados para a realização deste experimento de condução térmica
foram os seguintes:
1. Pedestal
2. Radiais de cada metal utilizado todas com 15,2 cm
3. Vidro com álcool
4. Vela
5. Cronometro
6. Caixa de fósforos
7. Paquímetro
5.Procedimento
No pedestal havia cinco radiais, os quais tivemos que identificá-los, sendo eles:
alumínio grosso, alumínio fino, cobre metal amarelo (latão), ferro (SAE 1020).
Depois de identificarmos os metais nós prosseguimos com o experimento e então
medimos os diâmetros de cada um dos radiais.
Após medirmos os diâmetros, nós então acendemos a vela até a parafina começar a
derreter para depositarmo-la nas extremidades de cada radial. Depois de feito essa parte,
acendemos o barbante que está depositado dentro do vidro com álcool, que por sua vez
esta depositada no núcleo do pedestal. Após aceso cronometramos a condução que
aconteceria.
2
6.Resultados
Após feito todo o procedimento do experimento com cuidado e atenção, sendo
cronometrados todos os tempos em que foi derretida novamente a parafina depositada nas
extremidades dos radiais de determinados metais.
Nós obtivemos então os seguintes resultados para realizarmos posteriormente os
cálculos necessários para determinarmos o porquê das causas do experimento.
A tabela a seguir esta na ordem em que começou o derretimento da parafina nas
extremidades dos radiais e a partir deste momento pudemos observar que a condutividade
estava ocorrendo.
Material Diâmetro_D(cm) Tempo_t(s)
Cobre 0,35 150
Alumínio Grosso 0,30 180
Alumínio Fino 0,25 250
Metal Amarelo (Latão 0,32 500
Ferro (SAE 1020) 0,31 2460
Após montar a tabela com os valores encontrados durante o experimento, tivemos
que prosseguir e fazer alguns cálculos necessários:
1º. Calcular e determinar o volume de cada radial.
● Fórmula Geral utilizada:
V = A · 15,2
Onde:
V = volume que será determinado neste cálculo
A = área do cilindro que é a forma geometria dos radiais
A= d · π², onde d = diâmetro encontrado de cada radial
4
15,2 = comprimento de todos os radiais.
Cálculos referentes ao Radial de Cobre.
A= d · π²
. 4
A= 0,35 · 3,14² A= 0,35 · 9.86 A= 3,451
. 4 4 4
A = 0,862
3
Cálculo do volume do Cobre:
V = A · 15,2
V= 0.862 · 15,2
V = 13,10 cm²
Cálculos referentes ao Radial de Alumínio Grosso
A= d · π² A= 0,30 · 9,86 A= 2,958
4 4 4
A = 0,739
Cálculo do Volume do Alumínio Grosso:
V = A · 15,2
V = 0,739 · 15,2
V = 11,23 cm²
Cálculos referentes ao Radial de Alumínio Fino
A= d · π² A= 0,25 · 9,86 A= 2,465
4 4 4
A = 0,616
Cálculo do Volume do Alumínio Fino:
V = A · 15,2
V = 0,616 · 15,2
V = 9,36 cm²
Cálculos referentes ao Radial de Metal Amarelo (latão)
A= d · π² A= 0,32 · 9,86 A= 3,155
4 4 4
A = 0,788
Cálculo do Volume do Metal Amarelo (latão)
V = A · 15,2
V = 0,788 · 15,2
V = 11,97 cm²
4
Cálculos referentes ao Radial de Ferro (SAE 1020)
A= d · π² A= 0,31 · 9,86 A= 3,056
4 4 4
A = 0,764
Cálculo do Volume do Ferro (SAE 1020):
V = A · 15,2
V = 0,764 · 15,2
V = 11,61 CM²
Após termos feito os cálculos dos volumes dos radiais dos determinados metais,
partimos para os cálculos das massas destes radiais, mas para isto tivemos que fazer uma
pesquisa para obter as densidades teóricas destes metais.
As densidades encontradas são as seguintes:
Material Densidade g/cm²
Cobre 8,96
Alumínio Grosso 2,705
Alumínio Fino 2,705
Metal Amarelo (Latão 8,53
Ferro (SAE 1020) 7,86
Cálculos das massas dos radiais de cada metal:
Fórmula geral utilizada: M = V · D
Cobre:
M = V · D
M = 13,10 · 8,96
M = 117, 376 g
Alumínio Grosso:
M = V · D
M = 11,23 · 2,705
M = 30,337 g
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Alumínio Fino:
M = V · D
M = 9,36 · 2,705
M = 25,318 g
Metal Amarelo (Latão):
M = V · D
M = 11,97 · 8,53
M = 102,104 g
Ferro (SAE 1020):
M = V · D
M = 11,61 · 7,86
M = 91,254 g
Obtemos então seguinte tabela:
Material Volume_V(cm²) Massa_M(g)
Cobre 13,10 117, 376
Metal Amarelo (Latão 11,97 102,104
Ferro (SAE 1020) 11,61 91,254
Alumínio Grosso 11,23 30,337
Alumínio Fino 9,36 25,318
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7.Conclusão
A conclusão obtida a partir do desenvolvimento do experimento e dos cálculos feitos
e obtidos resultados e posteriormente de uma pesquisa necessária feita, para obtermos
informações dos coeficientes de condução de transferência de calor de cada metal utilizado
neste experimento foi a seguinte:
Por meio de pesquisa obtivemos o coeficiente de condutividade térmica dos
materiais utilizados:
Material Coeficiente de Condutividade Térmica
Coeficiente de Condutividade Térmica (W/mK)
Cobre 385,0
Alumínio Grosso 205,0
Alumínio Fino 205,0
Metal Amarelo (Latão 109,0
Ferro (SAE 1020) 80,2
Com base nesta pesquisa e a partir da obtenção destas informações sobre os
coeficientes de condutividade térmica destes materiais, podemos observar que:
A relação do fato de no experimento a ordem e o tempo em que a parafina derretia
nas extremidades dos radiais de cada metal; esse fato não ocorria por causa do material de
cada radial ou mesmo com o diâmetro de cada radial apresentado no experimento.
A conclusão final tomada é a seguinte, a tabela do coeficiente de condutividade
apresentada acima está disposta na mesma ordem da primeira tabela apresentada que por
sua vez esta organizada pela ordem em que houve o derretimento da parafina, esse fato não
é uma simples coincidência, pois a condução térmica depende nada mais do que o
coeficiente de condutividade térmica dos materiais utilizados neste experimento, dados que
podemos notar que o ferro (SAE 1020) tem o menor coeficiente de condutividade térmica e
foi o ultimo a derreter, com a penas uma observação a esta ultima afirmação, nós paramos
de cronometrar o derretimento da parafina no radial de ferro (SAE 1020) aos 41:00 minutos
(2460 segundos), portanto ele demoraria acima deste tempo para ocorrer a condução.
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8.Bibliografia
http://www.google.com.br/search?hl=pt-BR&client=firefox-a&rls=org.mozilla%3Apt-
BR%3Aofficial&channel=s&q=condutividade+termica+do+Ferro+1020&btnG=Pesquisar&aq=
o&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=
http://www.if.usp.br/profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de%20Condutivi
dade%20Termica%20de%20Varias%20Substancias.pdf
http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e02695.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Condutividade_t%C3%A9rmica
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