Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas Física Geral e Experimental II

Experimento 3:

Transformação Isoterma e a Lei de Boyle-Mariotte.

1. Habilidades e Competências:

Ao término da atividade o estudante deverá ter competência para:

o Reconhecer o comportamento do volume de um gás em função da

pressão, mantendo a temperatura constante;

o Construir e interpretar o gráfico que relaciona a pressão de um gás com

seu volume;

o Construir e interpretar o gráfico que relaciona a pressão de um gás com

o inverso de seu volume;

o Reconhecer a validade da lei de Boyle e Mariotte para uma

transformação isotérmica de uma massa gasosa.

2. Material utilizado:

a. 01 Aparelho gaseológico Emília EQ037C composto por

i. 01 tripé com haste e sapatas niveladoras (1);

ii. Haste metálica com 400 mm (2);

iii. Painel posicionador (3);

iv. Parafuso micrométrico (4) com escala espelhada

(5) e manípulo (6);

v. Seringa em vidro resistente com escala

volumétrica (7);

vi. Válvula (8);

vii. Tubo de conexão (9);

viii. Monômetro com fundo de escala 2 Kgf/cm2 – 30

psi (10).

3. Lei de Boyle-Mariotte:

Sob temperatura constante (condições isotermas), o produto da pressão e do volume

de uma massa gasosa é constante, sendo, portanto, inversamente proporcionais:

“Qualquer aumento de pressão produz uma diminuição de volume e qualquer aumento

de volume produz uma diminuição de pressão.”

Logo, P.V = Constante = K, isto é:

P1.V1 = P2.V2 = ... = Pn.Vn = K

Esta relação é rigorosa para os gases ideais e tem validade aproximada para os gases

reais.

Em um gráfico da pressão por volume (p x V), sob uma temperatura constante, o

produto entre pressão e volume deveria ser constante, se o gás fosse perfeito. Existe uma

temperatura onde o gás real aparentemente obedece à lei de Boyle- Mariotte. Esta

temperatura é chamada de temperatura de Mariotte.

Neste Experimento a pressão total P é a adição algébrica da pressão atmosférica P0 mais a

leitura feita no manômetro provocada pela compressão do gás ao girar-se o manípulo

empurrando o êmbolo.

P = P0+ p

4. Procedimento Experimental

Teste da vedação do equipamento:

o Feche a válvula (8), confinando um volume inicial de ar (15 ml) no

interior da seringa e gire o manípulo (6) até a pressão de 0,6 kgf/cm2;

o Aguarde 60 segundos, a pressão deve se manter;

o Caso haja vazamento, verifique a vedação da válvula, a vaselina na

seringa e as conexões, refazendo o procedimento.

Pressão e Volume a Temperatura Constante: Lei de Boyle – Mariotte

Observação:

A cada volta do manípulo produz-se uma variação de 0,45 ml no volume.

Portanto, a cada 3 voltas, a variação de volume é de 1,35 ml;

Não é possível estabelecer previamente o volume do gás, pois, ele ocupa a

seringa e a mangueira até as conexões;

A pressão atmosférica será fornecida pelo professor durante a execução da

experiência.

Procedimento:

Determinando o volume inicial do gás:

O volume inicial de gás (ar) é aquele contido no interior do manômetro, seringa,

tubos de conexão, etc. o volume do ar dentro da seringa é facilmente medido utilizando

sua escala. No entanto, a mesma facilidade nós não temos para determinar o volume de

gás nos demais componentes.

Denomine V0 o volume inicial, não importando qual o seu valor;

Girando o manipulo de certo número de voltas se obtém uma redução ΔV no

volume. O novo volume será:

Neste procedimento a pressão sofre um acréscimo de tal forma que a nova

pressão será:

Utilizando a lei de Boyle – Mariotte, após alguns passos, podemos mostrar que o

volume inicial pode ser obtido pela expressão:

Aquisição dos Dados:

a. Anote os desvios avaliados dos instrumentos de medidas;

b. Anote a temperatura ambiente T;

c. Considere a Pressão Atmosférica P0 = 1Kgf/cm2

d. Abra a válvula, eleve o êmbolo e introduza determinada quantidade de ar na

seringa;

e. A cada 3 voltas do manípulo leia, no manômetro, a pressão manométrica, e

anote sua leitura na TABELA 1, bem como a variação do volume do gás;

f. Repita este procedimento até completar a TABELA 1;

Medida nº Volume (ml) )

Pressão Manometrica

Pressão Total

P.V

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

5. Tratamento dos dados e discussões:

Desenvolva a expressão que, permite determinar V0. Calcule este valor;

Monte uma TABELA Contendo o com o valor do volume calculado a partir de

V0.

A partir de seus dados, construa a curva P x V em papel milímetrado, perceba

que a relação entre essas grandezas não é linear;

Marque os dados P x V em um papel log-log, ajustando os dados utilizando o

MMQ. Determine a relação funcional entre as grandezas.

Monte uma tabela contendo os valores de P e 1/V, marque esses valores em

papel milimetrado, ajuste estes dados utilizando o MMQ.

Compare os gráficos lineares: log(P) x Log(V) e P x 1/V. O comportamento

encontrado era o esperado? Discuta os resultados.

Interprete fisicamente a valor da inclinação da curva obtida no gráfico P x 1/V.

Extrapole sua reta ajustada para zero. O que você conclui?

Examine seus resultados e comente sobre o intervalo de validade da lei de

Boyle-Mariotte para os gases reais.

Conhecida a constante universal dos gases, determine o número de moles do

seu sistema.