Objectivo

Objectivos
Verificar a relação cíclica:
F  l  T
       1
 l T TF Fl
para a borracha
Material necessário
Calorímetro
Borracha
Cabo de aço
2 roldanas
Prato de balança
Fonte de luz
Régua
Introdução teórica
A borracha originalmente era conhecida como o produto natural da árvore
Hevea Brasiliensis. O seu constituinte principal é o hidrocarboneto (C5H8)n. A
outra borracha natural conhecida na altura era a gutta-percha ou balata. Esta
também tem a fórmula empírica (C5H8)n diferindo da anterior na estrutura.
Mais tarde surgiram as borrachas artificiais. No início eram apenas borrachas
diferentes mas com o tempo aprenderam a controlar as características que
interessava desenvolver. Hoje em dia há uma infinidade de tipos de borracha
com as mais variadas propriedades.
A característica de maior importância na borracha é a sua elasticidade. Sob
pressão a borracha pode ser comprimida ou esticada até 1000% sem que a sua
forma se altere quando livre da pressão (deformação elástica).
Uma medida desta capacidade de distensão é o módulo de Young (Y). Se um
sólido é sujeito a uma pressão P (força por unidade de área) ele deforma-se. O
seu comprimento original que era l altera-se de uma quantidade l. O módulo de
Young é dado por:
PY
l
l
Um valor típico para o módulo de Young da borracha é 10 2 N/m2. Em
contraste o módulo de Young para um sólido é da ordem de 10 7 N/m2 e a sua
máxima deformação elástica é da ordem de 1%.
Duas formas de estudo das propriedades da borracha sãoa nível
microscópico e a nível macroscópico.
A nivel microscópico podemos desenvolver uma teoria cinética da borracha.
Tentamos entender como as interacções entre as moléculas conferem as
singulares características (macroscópicas) da borracha.
É possível assim desenvolver um modelo para a termodinâmica da borracha.
De um desses modelos obtemos a equação cíclica que relaciona as três
grandezas: força, comprimento e temperatura.
Montagem experimental
A montagem experimental está de acordo com a figura seguinte:
A sombra da fita sobre a régua é usada para assinalar variações do
comprimento da borracha. A força aplicada sobre a borracha é obtida colocando
diferentes massas sobre o prato da balança. Em todas as partes da experiência
a borracha é mantida submersa na água de um calorímetro. Assim podemos ter
controle sobre a temperatura da borracha.
Procedimento
Podemos então dividir a experiência em três partes:
Na primeira parte vamos realmente calcular a constante elástica da borracha.
Variamos a força aplicada (F) sobre a borracha e medimos qual a variação no
seu comprimento (l). Tudo isto é feito a temperatura constante (T).
Na segunda parte verificamos como varia o comprimento da borracha (l) com
a temperatura (T) a força constante (F). A temperatura da água deve variar entre
a temperatura ambiente e 1000C.
Finalmente na terceira parte vemos qual a força (F) necessária aplicar sobre a
borracha para diferentes temperaturas (T) de forma que o seu comprimento (l)
se mantenha inalterado. Interessa-nos então ver a variação da força com a
temperatura a comprimento constante e em seguida calcular o inverso desta
quantidade.
Uma vez conhecidas as três grandezas pretendemos calcular o seu produto e
comparar o resultado com a quantidade -1.