Proponha um procedimento experimental, com esquema, equações e exemplo de tabela de dados, para determinar…

Questão

Proponha um procedimento experimental, com esquema, equações e exemplo de tabela de dados, para determinar experimentalmente a constante de Stefan–Boltzmann s medindo a potência elétrica dissipada por uma placa negra aquecida até várias temperaturas T, em ambiente a T0.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Procedimento (resumo): 1) Preparação: usar placa metálica totalmente negra (e˜1) de área A conhecida; montar em suporte isolado; medir T0 (K). 2) Aquecimento elétrico: aplicar tensões diferentes, medir V e I para obter P_el = V·I (W) em regime estacionário para cada T. Medir T da placa com termopar calibrado; registrar T e T0. 3) Equação: assumir perda dominada por radiação: P_el ˜ e s A (T^4 - T0^4). Rearranjar s = P_el / [e A (T^4 - T0^4)]. 4) Análise de dados: para cada ponto calcular s_i; apresentar tabela com colunas V, I, P_el, T, T0, T^4-T0^4, s_i. Exemplo de tabela (uma linha): V=10,0 V; I=2,00 A; P=20,0 W; A=0,0200 m²; e=0,95; T=600 K; T0=300 K ? T^4-T0^4˜(600^4-300^4)=1,296×10^11-8,1×10^9˜1,2159×10^11 K^4 ? s˜20/(0,95·0,02·1,2159×10^11)˜8,6×10^-8 W/m²·K^4 (valor aproximado). 5) Ajustes e incertezas: repetir para vários T, calcular média e desvio padrão; avaliar perdas por convecção comparando com previsão de Newton (hA(T-T0)) e corrigir; medir e da superfície usando método de referência ou usar superfície pintada e medir emissão relativa. 6) Esquema: diagrama com fonte de alimentação, placa negra, termopar, medidor V/I, isolamento. Observações: garantir regime estacionário; usar área bem definida; reportar incertezas em V, I, T, e e propagar para s.

Explicação

O procedimento experimental proposto é claro e detalhado, abordando desde a preparação do equipamento até a análise dos dados, o que permite a replicação do experimento. As equações utilizadas são apropriadas para relacionar a potência elétrica dissipada com a radiação emitida pela placa, levando em consideração as temperaturas envolvidas. Além disso, a inclusão de ajustes e incertezas demonstra uma preocupação com a precisão dos resultados, essencial em experimentos científicos.

Raio-X da questão

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