ROTEIRO AULA PRATICA
Público TERMODINÂMICA Roteiro Aula Prática 2 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA NOME DA DISCIPLINA: TERMODINÂMICA Unidade: U1_INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula: A1_ CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES EM TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática: 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: A temperatura é uma grandeza que representa a medida do grau de agitação térmica das moléculas de um corpo, e sua medição precisa é fundamental em diversas aplicações científicas e industriais. Esta prática tem por objetivo que você aprenda a estabelecer a relação entre um termômetro a álcool e um termoscópio, utilizar diferentes escalas termométricas, e aplicar esses conceitos na calibração de termômetros. Além disso, você será capaz de coletar e interpretar dados experimentais, construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida, e entender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas. SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS) Infraestrutura mínima necessária para execução. O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS) Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual. Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS) Procedimento/Atividade Atividade proposta: Determinação da Equação Termométrica Procedimentos para a realização da atividade: 3 Público Segurança do Experimento: • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas). Marcando a Altura da Coluna Líquida I • Coloque o termoscópio na posição vertical, com o bulbo para baixo, ao lado da régua. • Marque com a caneta a altura da coluna líquida. • Anote a altura 𝒉𝟏 na Tabela 1 Medindo a Altura 𝒉𝟐 • Use a régua milimétrica para medir a altura 𝒉𝟐, da parte superior do bulbo até a primeira marcação. • Anote o valor na Tabela 1 para o estado térmico ambiente. Medindo a Temperatura Ambiente • Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura ambiente. • Anote o valor na Tabela 1. • Use o altímetro para encontrar a altitude do ambiente e anote. Marcando a Altura da Coluna Líquida II • Insira o bulbo do termoscópio no banho de gelo e aguarde até que a coluna líquida estabilize (equilíbrio térmico). • Retire o termoscópio e marque a altura da coluna líquida com a caneta. • Meça a altura 𝒉𝟏 da segunda marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do gelo. Marcando a Altura da Coluna Líquida III • Mantenha o bulbo do termoscópio no vapor da água em ebulição até atingir o equilíbrio térmico. • Retire o termoscópio do vapor e marque a altura da coluna líquida. • Meça a altura 𝒉𝟑 da terceira marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do vapor. Medindo a Temperatura do Ponto do Vapor • Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura do ponto do vapor. • Anote o valor na Tabela 1. Analisando os Resultados • Complete a Tabela 1 com os dados obtidos. • Verifique se as marcas feitas coincidem com as marcas de fábrica do termoscópio. • Construa um gráfico da altura (h) em função da temperatura (°C) utilizando o Teorema de Tales. • Determine o coeficiente linear e angular da equação que representa essa relação. • Ferva a água sem atingir a ebulição, insira o termoscópio na água, marque e meça a altura da coluna. 4 Público • Utilize a equação obtida para calcular a temperatura da água e compare com a medida do termômetro a álcool, identificando possíveis discrepâncias. Dados experimentais Checklist: Preparação Inicial • Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab). • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas). Altura da Coluna Líquida I • Colocar termoscópio na vertical. • Marcar altura da coluna líquida. Medir Altura 𝒉𝟐 • Medir altura 𝒉𝟐 com régua. • Anotar valor na Tabela 1. Temperatura Ambiente • Medir temperatura ambiente. • Anotar valor na Tabela 1. • Medir altitude com altímetro. Altura da Coluna Líquida II • Colocar termoscópio no banho de gelo. • Marcar altura da coluna líquida. • Medir altura 𝒉𝟏 e anotar na Tabela 1. Temperatura do Ponto do Gelo • Medir temperatura do ponto do gelo. • Anotar valor na Tabela 1. Despejar Água no Béquer • Adicionar 50 mL de água ao béquer. • Aquecer até ebulição. Altura da Coluna Líquida III • Colocar termoscópio no vapor. 5 Público • Marcar altura da coluna líquida. • Medir altura 𝒉𝟑 e anotar na Tabela 1. Temperatura do Ponto do Vapor • Medir temperatura do ponto do vapor. • Anotar valor na Tabela 1. Avaliação dos Resultados • Completar Tabela 1. • Verificar marcas feitas com marcas de fábrica. • Construir gráfico h x T. • Determinar coeficientes linear e angular. • Fervura parcial da água, marcar altura, calcular temperatura, e comparar com termômetro a álcool. RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos) Resultados de Aprendizagem: Ao final da prática, você deverá compreender os conceitos de equação termométrica e a relação entre diferentes escalas de temperatura. Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador, realizando medições precisas, coletando e registrando dados, e analisando esses dados para construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida. Além disso, aprenderá a aplicar esses conceitos na calibração de termômetros, identificar possíveis fontes de erro e discutir a precisão dos resultados. A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório. ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática: Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da equação termométrica. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância da equação termométrica na calibração de termômetros e em processos industriais. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como termoscópio, termômetro a álcool, régua milimétrica e banho de gelo, e descreva os procedimentos realizados, desde a marcação da altura da coluna líquida até a medição das temperaturas nos diferentes pontos. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo as alturas das colunas líquidas e as temperaturas medidas. Na discussão, analise os resultados obtidos, construindo gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida, e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma 6 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais. Além disso, responda aos seguintes questionamentos: 1. Por que é importante marcar a altura da coluna líquida do termoscópio em diferentes pontos de temperatura? 2. Explique a razão para usar o banho de gelo no experimento. 3. Como a medição da altura da coluna líquida pode influenciar nos resultados do experimento? 4. Qual é a fórmula utilizada para determinar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula? 5. Qual foi a diferença entre as temperaturas medidas pelo termômetro a álcool e pela equação obtida? Explique possíveis causas para essa diferença. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição (em abnt) das referências utilizadas BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018. ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013 FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020. Unidade: U1_INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula: A2_ OBTENÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática: 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: A pressão de vapor indica o comportamento do líquido em diferentes temperaturas, e a entalpia de vaporização quantifica a energia necessária para transformar o líquido em vapor, ambos são fundamentias para aplicações industriais como destilação e refrigeração. Esta pratica simulada tem por objeitvo que os alunos aprendam a executar procedimentos experimentais, coletar e interpretar dados, calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização, e compreender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia. 7 Público SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS) Infraestrutura mínima necessária para execução. O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS) Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual. Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS) Procedimento/Atividade Atividade proposta: Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização da Água Procedimentos para a realização da atividade: Segurança do Experimento: • No ambiente virtual, o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs. Preenchendo o Béquer e o Condensador • Preencher o béquer e o condensador adaptado com água destilada. • Conectar o condensador ao banho termostático. Aguardando o Resfriamento • Adicionar gelo ao banho termostático e esperar que a temperatura atinja 0 °C. • Observar a redução da temperatura no painel de controle do simulador. Posicionando a Régua Graduada • Posicionar a régua graduada próximo ao condensador para visualizar o nível da água dentro do condensador e a altura marcada na régua. Aquecendo o Banho Termostático • Aumentar a temperatura do banho termostático gradualmente e observar a variação do volume do condensador adaptado à medida que a temperatura aumenta. • Registrar os dados de temperatura e altura do líquido (𝚫𝒉𝒍í𝒒) e altura do gás (𝚫𝒉𝒈á𝒔) em diferentes temperaturas. Medindo a Pressão Atmosférica • Utilizar o barômetro digital para medir a pressão atmosférica e registrar o valor. 8 Público Calculando os Resultados • Utilizar a equação 𝑽 = 𝝅𝒓𝟐𝚫𝒉𝒈á𝒔 para calcular o volume do gás em cada temperatura. • Calcular a pressão parcial do ar (𝒑𝒂𝒓) utilizando a equação: 𝒑𝒂𝒓 = 𝒑𝒂𝒕𝒎 − 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒈á𝒔 • Calcular a quantidade de ar constante durante o experimento com a equação: 𝒏𝒂𝒓 = 𝐩𝒂𝒓∗𝑽𝒂𝒓 𝑹𝑻 • Determinar a pressão de vapor usando a equação: 𝒑𝒗 = 𝒑𝒂𝒕𝒎 − 𝒑𝒂𝒓 − 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒍í𝒒 Analisando os Resultados • Preencher a tabela de dados experimentais com as medições realizadas. • Traçar um gráfico de 𝐥𝐧 (𝒑𝒗) em função de 𝑻−𝟏 e encontrar a equação da reta para determinar a entalpia de vaporização experimental (𝚫𝑯𝒗) Dados experimentais 9 Público Conclusão • Analisar e comparar os resultados experimentais com valores teóricos. • Discutir possíveis fontes de erro e a relevância dos resultados obtidos para aplicações industriais. Densidade da água em diferentes temperaturas Checklist: Preparação Inicial • Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab). • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas). Preenchimento • Preencher béquer e condensador com água destilada. • Conectar condensador ao banho termostático. Resfriamento • Adicionar gelo ao banho termostático. • Atingir 0 °C no banho termostático. Posicionamento • Posicionar régua graduada próximo ao condensador. Aquecimento e Observação • Aumentar a temperatura do banho termostático. • Registrar altura do líquido e altura do gás • em diferentes temperaturas. Medida de Pressão • Medir pressão atmosférica com barômetro digital. Cálculos • Calcular volume do gás. • Calcular pressão parcial do ar. • Determinar quantidade de ar. • Calcular pressão de vapor. 10 Público Análise de Resultados • Preencher tabela de dados experimentais. • Traçar gráfico da relação entre a pressão de vapor e a temperatura. • Determinar a entalpia de vaporização experimental. RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos) Resultados de Aprendizagem: Ao final da prática, você deverá compreender os conceitos de pressão de vapor e entalpia de vaporização, entendendo como a pressão de vapor varia com a temperatura e a energia necessária para a vaporização. Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador, realizando medições precisas, coletando e registrando dados, analisando esses dados para calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização, e interpretando os resultados. Além disso, aprenderá a aplicar os resultados em processos industriais como destilação e refrigeração, identificando possíveis fontes de erro e discutindo a precisão dos resultados. A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório. ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática: Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em processos industriais. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como banho termostático, barômetro e condensador, e descreva os procedimentos realizados, desde o preenchimento dos béqueres até a medição da pressão atmosférica. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo temperaturas, alturas dos líquidos e gases, e valores calculados de pressão e volume. Na discussão, analise os resultados obtidos, comparando-os com os valores teóricos, calcule a entalpia de vaporização e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais. Além disso, responda aos seguintes questionamentos: 1. Qual é a importância de medir a pressão atmosférica antes de iniciar os cálculos? 2. Explique por que é necessário resfriar a água a 0 °C antes de iniciar o aquecimento. 3. Como a posição da régua graduada influencia na coleta dos dados experimentais? 11 Público 4. Qual é a fórmula utilizada para calcular o volume do gás e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula? 5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da entalpia de vaporização? Explique possíveis causas para essa diferença. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição (em abnt) das referências utilizadas BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018. ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013 FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020. Unidade: U1_INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula: A3_ AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática: 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: A determinação do calor específico de líquidos é essencial em diversas aplicações industriais e de engenharia, como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento e a fabricação de produtos químicos. Este experimento, realizado em um simulador, oferece aos alunos a oportunidade de aplicar conceitos teóricos de termodinâmica na prática, utilizando instrumentos virtuais como balança, termômetro e calorímetro. O objetivo é desenvolver habilidades práticas de manuseio de equipamentos, calcular o calor específico de água e álcool, coletar e interpretar dados experimentais, e contextualizar a importância dessa propriedade em processos reais, preparando-os para a prática profissional com foco na eficiência energética e otimização de processos térmicos. SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS) Infraestrutura mínima necessária para execução. O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade. 12 Público EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS) Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual. Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS) Procedimento/Atividade nº 1 Atividade proposta: Determinação do Calor Específico da Água Procedimentos para a realização da atividade: Segurança do Experimento: • No ambiente virtual, o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs. Pesando o Volume de Água Fria: • Colocar o béquer vazio na balança e tarar. • Adicionar 50 mL de água ao béquer e anotar a massa da água na Tabela 1. Adicionando a Água Fria ao Calorímetro: • Anotar a capacidade calorífica do calorímetro. • Despejar a água do béquer no calorímetro, agitar por 30 segundos, medir e anotar a temperatura inicial da água (T1). Preparando a Água Quente: • Adicionar 70 mL de água ao béquer, medir e anotar a massa na Tabela 1. • Aquecer a água até aproximadamente 70 °C e anotar a temperatura (T2). Executando a Troca Térmica: • Despejar a água quente no calorímetro, agitar e inserir o termômetro. • Medir e anotar a temperatura final (TF) quando estabilizada. Finalizando a Atividade 1: • Descartar a água do calorímetro e repetir os passos de 2 a 5 mais duas vezes, completando a coleta de dados na Tabela 1. Procedimento/Atividade nº 2 Atividade proposta: Determinação do Calor Específico do Álcool Procedimentos para a realização da atividade: Pesando o Volume de Álcool: • Colocar o béquer vazio na balança e tarar. • Adicionar 60 mL de álcool ao béquer e anotar a massa na Tabela 2. Adicionando o Álcool no Calorímetro: 13 Público • Anotar a capacidade calorífica do calorímetro. • Despejar o álcool no calorímetro, agitar por 30 segundos, medir e anotar a temperatura inicial do álcool (T1). Preparando o Álcool Aquecido: • Adicionar 80 mL de álcool ao béquer, medir e anotar a massa na Tabela 2. • Aquecer o álcool até aproximadamente 70 °C e anotar a temperatura (T2). Executando a Troca Térmica: • Despejar o álcool quente no calorímetro, agitar e inserir o termômetro. • Medir e anotar a temperatura final (TF) quando estabilizada. Finalizando a Atividade 2 • Descartar o álcool do calorímetro e repetir os passos de 8 a 11 mais duas vezes, completando a coleta de dados na Tabela 2. Procedimento/Atividade nº 3 Atividade proposta: Avaliação dos Resultados Procedimentos para a realização da atividade: Análise dos Dados: • Utilizar os dados coletados nas Tabelas 1 e 2 para calcular o calor específico da água e do álcool – fórmula: 𝑸 = 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 • Comparar os valores obtidos com os valores tabelados e calcular a porcentagem de erro. Tabela 1 – Calor Específico da Água – Valor Tabelado: 𝒄á𝒈𝒖𝒂 = 𝟏 𝒄𝒂𝒍 𝒈.°𝐂 Tabela 2 – Calor Específico do Álcool – Valor Tabelado: 𝒄á𝒈𝒖𝒂 = 𝟎, 𝟓𝟖 𝒄𝒂𝒍 𝒈.°𝐂 14 Público Checklist: Preparação • Acessar o Laboratório Virtual • Equipar EPIs (jaleco e óculos de proteção) no ambiente virtual Procedimentos Pesagem de Líquidos • Tarar a balança com o béquer vazio • Adicionar o líquido (água ou álcool) ao béquer e anotar a massa Medição de Temperatura Inicial • Medir e anotar a temperatura inicial do líquido frio Aquecimento do Líquido • Adicionar e aquecer o líquido até a temperatura desejada • Medir e anotar a temperatura do líquido aquecido Troca Térmica no Calorímetro • Transferir o líquido aquecido para o calorímetro contendo o líquido frio • Agitar, medir e anotar a temperatura final Repetição e Coleta de Dados • Repetir os procedimentos para completar os dados experimentais Avaliação dos Resultados • Calcular o calor específico dos líquidos • Comparar os valores obtidos com os valores tabelados • Calcular a porcentagem de erro RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos) Resultados de Aprendizagem: Ao final da aula prática, espera-se que você tenha aprendido a manusear corretamente os equipamentos de laboratório virtual, como balanças, termômetros e calorímetros, e a aplicar os princípios de termodinâmica no cálculo do calor específico de líquidos. Você deve ser capaz de 15 Público coletar, registrar e analisar dados experimentais de forma organizada, compreendendo a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia. Além disso, você entenderá a relevância do uso de EPIs mesmo em simulações virtuais, preparando-se para práticas laboratoriais reais. Essas habilidades são essenciais para sua formação. ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática: Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática simulada de determinação do calor específico de líquidos. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como balança, termômetro e calorímetro, e descreva os procedimentos realizados, desde a pesagem dos líquidos até a troca térmica no calorímetro. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo massas, temperaturas e capacidades caloríficas, e calcule o calor específico dos líquidos com base nos dados experimentais. Na discussão, analise os resultados obtidos, comparando-os com os valores tabelados, calcule a porcentagem de erro e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais. Além disso, responda aos seguintes questionamentos: 1. Qual é a importância de tarar a balança antes de medir a massa do líquido? 2. Explique por que é necessário agitar o líquido no calorímetro antes de medir a temperatura final. 3. Como a capacidade calorífica do calorímetro influencia nos resultados do experimento? 4. Qual é a fórmula utilizada para calcular o calor específico de um líquido, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula? 5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado do calor específico do líquido? Explique possíveis causas para essa diferença. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição (em abnt) das referências utilizadas BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018. 16 Público ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013 FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020. Unidade: U3_ ANÁLISE DO VOLUME DE CONTROLE E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Aula: A3_SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática: 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: Reações exotérmicas liberam calor, enquanto reações endotérmicas absorvem calor. Este experimento visa determinar a quantidade de calor envolvida na decomposição do peróxido de hidrogênio usando um calorímetro à pressão constante. Compreender essas trocas de calor é fundamental em processos industriais e científicos. Os objetivos da prática são que você aprenda a medir o calor liberado ou absorvido em uma reação química, utilizar um calorímetro à pressão constante e calcular a variação de entalpia da reação. Você também deverá ser capaz de coletar e interpretar dados experimentais, distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos, e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas. SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS) Infraestrutura mínima necessária para execução. O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS) Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual. Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS) Procedimento/Atividade Atividade proposta: Determinação da Variação de Entalpia na Decomposição do Peróxido de Hidrogênio. Procedimentos para a realização da atividade: Segurança do Experimento: 17 Público • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas). Preparando a Capela • Abra a janela da capela, acenda a luz interna e ligue o exaustor. Selecionando os Materiais • Pegue um béquer de 50 mL, vidro de relógio, proveta, calorímetro e espátula metálica do armário. Medindo o Peróxido de Hidrogênio • Meça 40 mL de peróxido de hidrogênio (H₂O₂) com a proveta e transfira para um béquer. Adicionando o Dióxido de Manganês • Meça 1 g de dióxido de manganês (MnO₂) com a espátula e despeje no calorímetro. Homogeneizando a Mistura • Agite o calorímetro para misturar os reagentes e registre a temperatura final. Variando o Volume de H₂O₂ • Limpe o calorímetro e repita o experimento com 42 mL e 45 mL de H₂O₂. • Anote a temperatura final para cada volume. Analisando os Resultados • Calcule a quantidade de calor liberada aplicando a fórmula: 𝑸 = 𝒎 𝒄 𝚫𝑻. • Complete a tabela com os dados de temperatura inicial e final. Checklist: Preparação Inicial • Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab). • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas). Preparando a Capela • Abrir capela e ligar exaustor Selecionar Materiais • Pegar béquer, vidro de relógio, proveta, calorímetro, espátula Medir H₂O₂ • Medir 40 mL de H₂O₂ • Transferir para béquer Preparar Calorímetro • Transferir H₂O₂ para calorímetro Adicionar MnO₂ • Medir 1 g de MnO₂ • Adicionar ao calorímetro Homogeneizar Mistura 18 Público • Agitar calorímetro • Registrar temperatura final Variar Volume H₂O₂ • Repetir com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ • Anotar temperaturas Analisar Resultados • Calcular calor liberado ( q = m c ΔT) • Completar tabela Finalização • Limpar e guardar materiais • Encerre experimento RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos) Resultados de Aprendizagem: Ao final da prática, você deverá compreender os conceitos de reações endotérmicas e exotérmicas, entendendo como a energia é transferida durante as reações químicas. Você será capaz de realizar procedimentos experimentais no simulador, medindo a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química. Além disso, aprenderá a utilizar um calorímetro à pressão constante, calcular a variação de entalpia da reação e interpretar os dados experimentais. Você também deverá distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas. A prática reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório. ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática: Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da variação de entalpia na decomposição do peróxido de hidrogênio. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância das trocas de calor nas reações químicas para processos industriais e científicos. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como calorímetro, termômetro, proveta, béquer e espátula metálica, e descreva os procedimentos realizados, desde a preparação da solução de peróxido de hidrogênio até a medição das temperaturas iniciais e finais. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo volumes de H₂O₂, temperaturas iniciais e finais, e quantidades de calor calculadas. Na discussão, analise os resultados obtidos, comparando-os com os valores teóricos, e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma 19 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais. Além disso, responda aos seguintes questionamentos: 1. Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador? 2. Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês. 3. Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento? 4. Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula? 5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia? Explique possíveis causas para essa diferença. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos) Descrição (em abnt) das referências utilizadas BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018. ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013 FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.
