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aula
Janeiro de 2012
MEDINDO A CONDUTIVIDADE TÉRMICA
13.1 Objetivos: Medir a constante de condutividade térmica de alguns materiais de construção comuns,
comparando-os com o valor tabelado.
13.1 Introdução
Existem três mecanismos de transferência de calor condução, convecção e radiação. No processo de condução de
calor o calor é transferido entre dois sistemas através de um meio material que os une. Suponha que a extremidade de
uma barra metálica seja colocada na chama de um fogão. Com o tempo, pode-se perceber que o calor se propaga pela
barra. O modelo que relaciona a temperatura com o movimento das partículas que constituem a barra pode explicar a
condução do calor através da barra. À medida que recebem calor da chama, os átomos ou moléculas da estrutura
cristalina do metal vibram mais intensamente, ganham energia térmica. Esse movimento vibratório se transmite de
átomo para átomo, de molécula para molécula, em interações sucessivas. Através dessas interações, a energia cinética
de cada partícula é transferida a outra – essa transferência de energia cinética é a transferência do calor.
Considere uma placa de determinado material, com espessura L e área da face A (figura abaixo), que separa dois
reservatórios mantidos à temperatura TQ e outro à temperatura TF, A diferença de temperatura entre as faces da placa
é T=TQ –TF .
A energia transferida sob a forma de calor através da placa, da face quente para a face fria é denotada por Q.
A taxa de condução de calor ( Pcond ), definida como a quantidade de energia transferida por unidade de tempo t, é dada
por:
Pcond 
TQ  TF
Q
 kA
t
L
Onde k é a constante de condutividade térmica que depende do material do qual a placa é constituída. Quanto maior k
melhor condutor de calor é o material. A tabela abaixo fornece as condutividades térmicas para alguns materiais.
Caderno de Laboratório de Física
11
o
Material
k (cal/cm.s. C)
k (W/m.K)
1. Gesso
1,13 10
0,047
2. Madeira
(2063,3) 10-4
0,110,14
3. Acrílico
4,6 10
0,19
4. Vidro
(17,220,6) 10-4
0,720,86
-4
-4
13.2 Materiais Utilizados
a) Gerador a vapor
b) Gelo
c) Balança digital
d) Calorímetro
e) Paquímetro
f) Termômetro
g) Cronômetro
13.3 Procedimentos Experimentais
1) Monte o equipamento mostrado na figura abaixo.
2) Ligue o gerador de vapor. Demora um certo tempo até o vapor fluir através da mangueira e preencher a câmara de
vapor, que é o reservatório quente á temperatura TQ.
3) Meça a espessura de uma das placas (L) e a massa do calorímetro (MC) anote os valores na tabela. Coloque a placa
sobre a câmara de vapor.
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Caderno de Laboratório de Física
4) Coloque o bloco de gelo sobre a placa. Determine a área de contato entre o gelo e o material (A), anote o valor na
tabela.
5) Determine a temperatura do gelo (TF) e do vapor (TQ ), anote os valores na tabela.
6) Determine a diferença de temperatura (T), anote o valor na tabela.
7) Deixe o sistema agir por pelo menos 5 minutos (t).
8) Meça a massa do calorímetro com a água (M1) e determine a massa do gelo derretido m=M1-MC. Anote na tabela.
9) Calcule o valor da condutividade térmica.
transformação em água líquida,
k
QL
T  A  t
LF  80cal / g
, onde
Q  mLF é o calor absorvido pelo gelo para sua
é o calor latente de fusão e m a massa de água devido ao
derretimento do gelo.
10) Repita o procedimento para os outros materiais. CUIDADO ao manusear a mangueira ela está quente, CUIDADO
ao trocar a placa, use a TOALHA para não se queimar. Qualquer dúvida no procedimento chame o professor.
Material
L
MC
A
TF
TQ
T
M1
m
t
k
(cm)
(g)
(cm2)
(oC)
(oC)
(oC)
(g)
(g)
(seg)
(cal/cm.s.oC)
Gesso
Madeira
Acrílico
Vidro
11) Compare o valor tabelado para as constantes de condutividade térmicas com os valores obtidos no experimento e
calcule os erros percentuais.
12) Justifique os possíveis erros que levaram a divergências nos resultados.