( 2,0 pontos) Nos experimentos realizados na disciplina Fisica 2 experimental, foi possível verificar experimentalmente grandezas física associadas às variáveis termodinâmicas. Descreva, suscintamente, a metodologia e análise para verificar a aproximação experimental do zero absoluto.
Passo 1
O enunciado pede para descrever como, num laboratório de Física 2 Experimental, a gente pode aproximar experimentalmente o zero absoluto usando grandezas termodinâmicas. O conteúdo envolve a Lei dos Gases Ideais e, mais especificamente, a lei de Gay‐Lussac (Charles) para gás a volume constante, além de análise de regressão linear dos dados de pressão versus temperatura.
Passo 2
Montamos um sistema com um volume fixo de gás (por exemplo, ar ou nitrogênio) confinado em um recipiente rígido ligado a um manômetro ou sensor de pressão. Em seguida, colocamos esse sistema em banhos térmicos de temperaturas conhecidas (por exemplo, gelo a
, água quente a
, banho com gelo e sal para temperaturas negativas etc.) e, para cada banho, registramos simultaneamente a temperatura
(com termômetro calibrado em Celsius) e a pressão
.
Passo 3
Pela Lei dos Gases Ideais, para massa
e volume
constantes vale
onde
é a temperatura em kelvin. Na prática, como medimos
, adaptamos para uma relação linear
em que
e
são obtidos por ajuste linear dos pontos experimentais
.
Passo 4
Fazemos uma regressão linear dos dados de pressão versus temperatura em graus Celsius e obtemos
Em seguida, encontramos a temperatura em que a pressão extrapolada seria zero:
Esse
é a estimativa experimental do zero absoluto em graus Celsius (deve ficar perto de
).
Passo 5
Para quantificar a incerteza, analisamos os erros de calibração do termômetro, do manômetro e a dispersão dos pontos em torno da reta ajustada. Calculamos o desvio-padrão do intercepto e da inclinação na regressão e propagamos até
. Comparando
com o valor teórico
, avaliamos a precisão e a exatidão do experimento.
Resposta
A gente aproxima o zero absoluto medindo a pressão de um gás preso em volume constante para várias temperaturas conhecidas, ajusta uma reta
aos dados e extrapola até
, obtendo
avaliando incertezas pela regressão linear.