1052.035
Análise do comportamento
1. Habilidades
e competências.
• Ao término
desta
competência
para:
atividade
o aluno
deverá
ter
• identificar
e conceituar
um modelo físico;
• enunciar as hipóteses
que caracterizam
um
gás perfeito;
• interpretar
fisicamente
através de um modelo, o resultado do cálculo ci nético da pressão de
um gás perfeito;
• interpretar
fisicamente
através de um modelo, a temperatura
de um gás perfeito;
• interpretar
fisicamente
através de um modelo, a energia cinética molecular
média de uma
espécie de gás:
• interpretar
fisicamente
através de um modelo, a energia interna de uma porção de gás;
c
c
"~
.:!:
o
Z
o
c'"
01
01
01
cinético dos gases.
• chave geral.
• fusível,
• lâmpada indicadora.
• plugue de entrada norma IEC:
• si stema de segurança e centragcrn da câmara:
câmara de vidro (2) com:
• volume total mínimo de 7~0 crn',
• volume variável a partir de 40 em'.
tampa transparente
(3) com:
• orientador
do êmbolo;
• êmbolo (4) com:
• haste guia e freio mecânico.
conjunto de corpos de prova (5);
cabo de força (6) com:
• plugue macho NEMA 5/15 NBR ()147
• plugue fêmea norma IEC.
3. Fundamentos
E
~"
01
2. Material
necessário.
A
teóricos.
o estudo do gás perfeito, real iz ado sob a perspecti va
microscópica,
é feito na teoria cinética
dos gases.
Nesse modelo teórico, hipóteses são formuladas para
representar o que deve acontecer, em média, com as
partículas do gás .
.~
j
;,;
• Na teoria cinética dos gases "visualizarnos"
uma amostra de gás perfeito como formada por
um grande número de partículas
([()"(l por em '),
de dimensões
desprezíveis.
que se movem em
todas as direções de modo aleatório.
2::>
«
• Como efetuar o cálculo cinético da pressão.
A pressão que um gás exerce sobre as paredes do
recipiente que o contém é devida às incessantes e contínuas colisões das moléculas do gás contra as paredes
do recipiente.
Figura
1
A pressão e xcrcida pela amostra
recipiente
obedece à expressão:
do gás
110
oI
conj unto para cinética dos gases (1) com:
• carenagem
metálica,
• sapatas nivcladoras
antiderrapantes,
• transdutor
eletromagnético,
• controle da amplitude
no eixo y com
freqüência
constante,
p
= 1I3(N/V)
• Como interpretar
tura.
m v2
(I)
cineticamente
a tempera-
1.)5
A temperatura
apresentada
por uma amostra de gás
aprisionada
em um recipiente está relacionada
energia cinética média das moléculas
e obedece à expressão:
à
Ec
= 3/2
k T
baixo a fim movimentar
o êmbolo
volume ocupado pelas moléculas.
• Uma vez selecionado
freio para fixar o êmbolo
e variar
o
o volume. ut iliz c o
- Figura 2.
(U)
nu
A expressão
nos informa que a energia cinética
média das rnolécu Ias de um gás é diretamente proporci-
orientador
do êmbolo
freio
onal à sua temperatura absoluta T, isto é, quanto maior
for a temperatura a que está submetido o gás, maior será
a energia cinética média de suas molécula
• O calculo da energia cinética média molecular.
Considerando-se
um recipiente
onde há N
moléculas
de um gás perfeito, com energia interna igual a U. A energia ci nética rnéd ia por
molécula
li:em é calculada !Jor: R em' U/N ou
seja:
=
Ecm
<l
= 3/2
k T
nu:
Z
• O calculo da energia interna de um gás perfeito.
Se cada molécula
do gás contido na amostra
seja composta
de uma única partícula,
o que
ocorre com os gases nobres. a energia interna EI
será a soma das energias cinéticas médias das
partículas que compõem a amostra ou RI N Ec,
ou seja:
=
RI = 3/2 N k T ou RI = 3/2 n R T
• O que se entende
Um modelo
gem que se
rel acionando
ma coisa que
1)01'
modelo.
é um tipo de analogia ou de imafaz do fenômeno
a ser estudado,
este fenômeno ou aparelho a algulhe seja familiar.
-
Figura 2
(IV)
Este equipamento é um modelo para o esrudodo comportamento de um gás perfeito. sendo que o gás perfeito
é um modelo mecânico do g~:?real.
5. Andamento
o cálculo
das atividades.
cinético
da pressão.
De acordo com a Teoria Cinética dos Gases. a
pressão exercida por uma amostra de gás aprisionada em um recipiente
obedece à expressão:
p
= 1/3( N/V)
(1)
m v2
5.1. Ligue o aparelho,
regule a amplitude
para um
determinado
valor e movimente
o êmbolo. aumentando ou diminuindo
o volume ocupado pelo "gás".
4. Montagem.
Antes de ligar verifique se a tensão da rede local é
compatível com a do aparelho.
• Movimente
tran sdu tor
eletromagnéti
co
a haste
guia para cima ou para
• O que acontece com a agitação das "molccuIas" quando o volume é aumentado?
• O que
acontece
COlll
a agi ração
das
moléculas
quando
o volume
Estes resultados
são compatíveis
pela equação (I)'! Comente.
• A interpretação
cinética
é diminuído?
com
o previsto
da temperatura
De acordo com a Teoria Cinética dos Gases, a
temperatura
de uma amostra de gás aprisionada
em um recipiente obedece à expressão:
Ec
= 3/2
k T (li)
5.2. Regule o êmbolo para um determinado
volume.
Aumente e diminua a amplitude alterando a intensidade de vibração da placa em que se apóiam as moléculas.
• O que acontece com a agitação das moléculas
quando a amplitude é aumentada?
• O que acontece
com a agitação
das
moléculas
quando a amplitude
é reduzida?
• Estes resultados
são compatíveis
com o previsto pela equação (li)?
Comente.
• A energia
cinética
média
= U/N
rnI)
Que vem a ser a energia interna U dividida pelo
número de moléculas N da amostra. Devido ao
grande número de partículas,
suas dimensões
reduzidas e sua alta velocidade,
torna-se impossível determinar
a energia interna U.
A forma encontrada
para a determinação
da energia ci nética média Eem das moléculas é através da expressão (IV) que é derivada da expressão
(HIl:
Rem
5.3. Mantenha
me.
= 3/2
o êmbolo
k T
(IV)
fixo em determinado
A energia cinética média
da temperatura
absoluta T.
ECIII'
depende
• Se na a mostra gasosa existem
moléculas
com massas diferentes,
qual a relação existente entre a massa de uma molécula e sua velocidade para dada temperatura'!
• Que moléculas apresentarão
maior velocidade, as de menor massa ou as de maior massa'!
• A energia interna de um gás perfeito
A energia interna EI representa
a soma das energias
cinéticas médias das partículas que compõem a amostra ou E] = N Ec.
Outra forma de expressar
esta relação
é:
EI = 3/2 NkT ou EI = 3/2 nRT
Estas expressões estabelecem
uma relação simples, de proporcionalidade
direta, entre energia
interna EI e temperatura
absoluta T.
molecular
De acordo com a Teoria Cinética dos Gases, a energia cinética molecular para N moléculas aprisionadas
em um recipiente é expressa por:
Eem
• Aumente a amplitude - em termos de modelo
equivale a introduzir calor no sistema. Observe
o que a adição de calor, e conseqüente
aumento
de temperatura,
causou na velocidade das moléculas. Comente do ponto de vi sta de variação de
energia cinética molecular.
volu-
5.4, Para verificar a validade desta expressão,
e scolha um volume a ser ocupado pelo gás e mantenha-o
constante,
Altere o fluxo de calor (amplitude
de ovcilação) aumentando-o
e diminuindo-o.
Observe o comportamento
das partículas
de "gás", Comente.