Objetivos
Este experimento permite investigar as relações entre pressão, volume e temperatura em um gás, utilizando o pistão mecânico como modelo experimental. A atividade possibilita observar, na prática, algumas das principais leis dos gases, como a Lei de Boyle, a Lei de Charles e a relação geral descrita pela equação de Clapeyron
Materiais Necessários
01 pacote bolinhas plásticas
Conjunto de bolinhas plásticas usadas em experimentos de pressão e volume.
01 régua 20 cm
Régua de 20 cm usada para medições nos experimentos de pressão.
01 peso plástico com guias de silicone
Coleção de massas para diferentes ações no êmbolo do pistão mecânico
01 pistão mecânico completo
Com êmbolo, motor, pilhas e controle de velocidade
Procedimento
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Passo 0
Para provar a Lei de Boyle (variações isotérmicas), comece ligando o pistão mecânico e ajuste o botão de velocidade em uma posição fixa, mantendo constante a agitação das partículas do sistema. Observe a posição média inicial do êmbolo e registre o volume ocupado pelo gás.
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Passo 1
Adicione cuidadosamente um lastro sobre o êmbolo, aumentando a pressão exercida sobre o gás. Observe a nova posição média do êmbolo e registre o novo volume ocupado pelo sistema.
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Passo 2
Repita o procedimento adicionando os demais lastros disponíveis, sempre mantendo a mesma velocidade do motor. Registre os valores observados para pressão e volume em cada situação. Compare os resultados obtidos e observe como o aumento da pressão provoca a diminuição do volume ocupado pelo gás.
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Passo 3
Para provar a Lei de Charles (variações isobáricas) retire os lastros adicionais, mantendo apenas o peso do próprio êmbolo, de modo que a pressão permaneça aproximadamente constante durante o experimento.
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Passo 4
Varie gradualmente a velocidade do motor utilizando o controlador do equipamento e observe como a posição média do êmbolo se altera conforme aumenta a agitação das partículas. Registre os volumes observados para diferentes velocidades do motor e compare os resultados obtidos.
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Passo 5
Para a equação de Clapeyron, combine diferentes quantidades de lastros e diferentes velocidades do motor, criando situações com diferentes pressões e temperaturas.
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Passo 6
Para cada situação, observe e registre a posição média do êmbolo correspondente ao volume ocupado pelo gás. Compare os resultados obtidos e discuta como pressão, volume e temperatura estão relacionados no comportamento do gás.
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Passo 7
Por fim, com o sistema desligado, altere a quantidade de esferas presentes no interior do pistão mecânico, adicionando ou removendo partículas conforme necessário.
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Passo 8
Ligue novamente o equipamento mantendo aproximadamente a mesma velocidade do motor e observe como a posição do êmbolo se modifica com diferentes quantidades de partículas. Compare os resultados observados e relacione o comportamento do sistema com a quantidade de partículas presentes no gás.
Resultados
Espera-se observar que, mantendo a temperatura constante, o aumento da pressão provoca diminuição do volume ocupado pelo gás, comportamento descrito pela Lei de Boyle.
Nas variações realizadas com pressão aproximadamente constante, o aumento da agitação das partículas provoca aumento do volume do sistema, evidenciando a relação entre temperatura e volume descrita pela Lei de Charles.
Ao combinar pressão, volume e temperatura em diferentes situações, percebe-se que essas grandezas estão diretamente relacionadas ao comportamento dos gases.
A alteração do número de partículas também influencia o sistema, pois maiores quantidades de partículas aumentam a frequência das colisões e modificam a pressão exercida sobre o êmbolo.
Nas variações realizadas com pressão aproximadamente constante, o aumento da agitação das partículas provoca aumento do volume do sistema, evidenciando a relação entre temperatura e volume descrita pela Lei de Charles.
Ao combinar pressão, volume e temperatura em diferentes situações, percebe-se que essas grandezas estão diretamente relacionadas ao comportamento dos gases.
A alteração do número de partículas também influencia o sistema, pois maiores quantidades de partículas aumentam a frequência das colisões e modificam a pressão exercida sobre o êmbolo.
Curiosidades
As leis dos gases foram fundamentais para o desenvolvimento da teoria atômica da matéria e contribuíram diretamente para o avanço da termodinâmica e da química moderna.
Motores de automóveis, balões de ar quente, sistemas de refrigeração e cilindros de gás utilizam princípios relacionados às leis dos gases estudadas nesse experimento.
Motores de automóveis, balões de ar quente, sistemas de refrigeração e cilindros de gás utilizam princípios relacionados às leis dos gases estudadas nesse experimento.