Relatório fisica experimental Densidade de Sólidos

Relatório fisica experimental Densidade de Sólidos

(Parte 1 de 2)

1. Objetivo

Determinar a densidade de sólidos regulares de composição desconhecida.

2. Fundamentação

2.1. Conceito de Densidade

A densidade absoluta é definida como a quantidade de massa em uma unidade de volume:

Eq. I

A densidade de sólidos e líquidos, segundo o Sistema Internacional de Unidades é expressa em quilograma por metro cúbico – kg/m³. Entretanto, é mais comumente expressa em unidades de gramas por centímetro cúbico (g/cm³) ou em gramas por mililitro (g/mL). A densidade absoluta é uma propriedade específica, isto é, cada substância pura tem uma densidade própria, que a identifica e a diferencia das outras substâncias.

A densidade relativa de um material é a relação entre a sua densidade absoluta e a densidade absoluta de uma substância estabelecida como padrão. No cálculo da densidade relativa de sólidos e líquidos, o padrão usualmente escolhido é a densidade absoluta da água, que é igual a 1,000 g/cm³.

A densidade de um sólido é em função da temperatura e, principalmente, da natureza da sua estrutura cristalina, haja vista, que os diferentes polimorfos de um composto exibem diferentes densidades.

A massa de um objeto é facilmente medida com uma balança; o volume de um objeto regular pode ser calculado medindo-se e multiplicando suas dimensões. O volume de um objeto irregular pode ser determinado pelo aumento aparente no volume de um líquido onde ele é mergulhado.

2.2. Método de Arquimedes

O princípio de Arquimedes pode ser enunciado da seguinte maneira: “um fluido em equilíbrio age sobre um monólito nele imerso (parcial ou totalmente) com uma força vertical orientado de baixo para cima, denominado empuxo, aplicado no centro de gravidade do volume de fluido deslocado, cuja intensidade é igual a do peso do volume de fluido deslocado”.

A densidade de um monólito (corpo sólido) pode ser definida como a relação entre a massa do monólito e a massa de um volume igual de um líquido. A densidade relativa é característica para cada monólito, e depende basicamente de dois fatores: dos elementos químicos que constituem o monólito (composição química) e a maneira como estes elementos estão arranjados dentro da estrutura cristalina.

Considerando, que no interior de um líquido, certa porção cujo peso seja P, as forças hidrostáticas com que o restante do líquido age sobre a porção considerada devem equilibrar o peso da porção líquida. A resultante de todas essas forças hidrostáticas é denominada empuxo e representada por E. Assim temos que:

Eq. II

Figura 1 – Resultante das Forças Hidrostáticas (Empuxo)

E segundo o princípio de Arquimedes, a densidade de um corpo sólido não poroso pode ser determinado por:

Eq. III

Onde MC é a massa do corpo e Map é a massa aparente do corpo imerso no líquido.

Figura 2 – Princípio de Arquimedes (Densidade)

3. Materiais

  • Balança analítica: instrumento que mede a massa de um corpo. A balança utilizada possui incerteza de ± 0,005 g.

  • Béquer de vidro com capacidade para 250 mL

  • Paquímetro: instrumento usado para medir espessuras, diâmetro de fios, diâmetro interno e externo de tubos, profundidade de orifícios e comprimentos de peças até 150 mm. A precisão do paquímetro é de centésimos de milímetros, e é obtida pelo nônio de 20 ou 50 divisões, sendo esses últimos valores determinantes de sua sensibilidade, sendo, portanto a incerteza do instrumento de ± 0,03 mm.

  • Proveta de vidro com capacidade para 100,00 mL

  • Sólidos regulares: são as amostras a serem determinadas suas densidades: cilindro e paralelepípedo

4. Procedimento

Antes de iniciar o procedimento ajustou a balança a fim de que a mesma estivesse “tarada”, ou seja, zerada. O procedimento foi divido em três partes, na verdade cada procedimento visava obter o mesmo resultado, porém foram feitos de formas diferentes.

No primeiro procedimento, mediu-se com o auxílio de um paquímetro as dimensões das amostras (cilindro e paralelepípedo maciços) anotando-se os valores obtidos dos mesmos, para uma melhor obtenção de dimensões com menos imprecisão realizou-se as medições por três vezes obtendo-se uma média das medidas. Feito as medidas das dimensões das amostras, mediu-se com o auxílio da balança analítica as massas das mesmas. Por fim calculou-se os volumes das amostras a partir das dimensões encontradas e determinou-se a densidade das amostras.

No segundo procedimento, pendurou-se a amostra em um suporte da balança a fim de determinar sua massa, feito isso colocou-se em um suporte da balança, cujo qual não interferia na massa da amostra, um béquer de vidro com capacidade para 250 mL de modo que a amostra ficasse dentro do mesmo, mas ainda continuasse pendurada no suporte. Feito isso, adicionou-se cuidadosamente água no béquer de modo que a amostra ficasse totalmente imersa. Percebeu-se que a massa da amostra havia mudado, e dessa forma anotou-se a mesma da amostra imersa em água. Repetiu-se o mesmo procedimento para a outra amostra. E através do princípio de Arquimedes calculou-se a densidade das amostras.

No terceiro procedimento, preencheu-se uma proveta de vidro com capacidade para 100,00 mL com cerca de 70,00 mL. Em seguida pegou-se a amostra, e com cuidado mergulhou-se a mesma na proveta, observando-se alteração do volume da mesma e anotou-se o novo volume. Fazendo-se a diferença do volume inicial de água na proveta com o volume final de água com a amostra, obtém-se o volume da amostra. Repetiu-se o mesmo procedimento para a outra amostra. E por fim, calculou-se a densidade das amostras.

É importante ressaltar que sempre que se foi utilizar a balança “tarou-se” a mesma a fim de obter resultados com mais precisão.

5. Resultados

As dimensões encontradas para as amostras foram:

Cilindro

Comprimento (mm)

Diâmetro (mm)

(60,00 ± 0,03)

(16,00 ± 0,03)

Paralelepípedo

Comprimento (mm)

Espessura (mm)

Largura (mm)

(60,00 ± 0,03)

(10,00 ± 0,03)

(10,00 ± 0,03)

5.1. Primeiro Procedimento

Neste procedimento podemos determinar a densidade do sólido regular através das medidas de sua massa e de seu volume. Após medir na balança analítica as massas dos sólidos, utilizamos a equação da densidade absoluta (Eq. I) para determinarmos a densidade dos sólidos, obtendo:

Massa do cilindro (g): (80,400 ± 0,005)

Massa do paralelepípedo (g): (90,600 ± 0,005)

Relembrando a Eq. I:

Onde ρ é a densidade, m é a massa e V é o volume do sólido.

- Para o cilindro:

Onde r é o raio do cilindro e h é o comprimento.

- Para o paralelepípedo:

Onde a é o comprimento, b é a largura e c é a espessura.

5.2. Segundo Procedimento

Neste procedimento podemos determinar a densidade dos sólidos através do princípio de Arquimedes. Medindo-se as massas dos sólidos imersos em água, podemos obter uma massa considerada aparente, como vimos no princípio de Arquimedes (Eq. III). Dessa forma a densidade dos sólidos é:

Massa do cilindro imerso em água (g): (78,800 ± 0,005)

Massa do paralelepípedo imerso em água (g): (10,650 ± 0,005)

Relembrando a Eq. III:

Onde ρs é a densidade do sólido, MC é a massa do sólido, Map massa do sólido imerso em água e é a densidade da água (≈ 1,000 g/cm3).

- Para o cilindro:

- Para o paralelepípedo:

5.3. Terceiro Procedimento

(Parte 1 de 2)

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