Lição do Teach
Gay-Lussac: a importância da escala kelvin
Observe um ensaio real e compare o que acontece quando P/T usa a temperatura em graus Celsius e em kelvin.
Entre com uma conta de professor para preparar uma sessão. Os estudantes entram com um código da turma.
Ainda não tem uma conta na LabsLand? Criar sua conta de professor
Objetivos de aprendizagem
Converter temperaturas em graus Celsius para kelvin usando dados reais do laboratório.
Calcular e comparar vários valores de P/T(K).
Explicar por que a razão usada na lei dos gases exige temperatura absoluta.
Visualização da atividade do estudante
Conteúdo da atividade
Apenas visualização. Em uma sessão de aula, os estudantes podem preencher respostas e entregar o trabalho ao professor.
A escala muda o significado
5 min
Um gás a 40 °C está “duas vezes mais quente” que um gás a 20 °C? Não. A escala Celsius coloca 0 °C em um ponto relacionado à água; deslocar esse zero não mudaria o estado físico do gás. Na verdade, 20 °C e 293,15 K descrevem exatamente a mesma temperatura.
Essa diferença importa quando usamos uma razão. Na lei de Gay-Lussac, comparamos pressão e temperatura por meio de P/T. Para que essa razão tenha significado físico, a temperatura deve ser medida a partir de um zero que não seja apenas uma escolha convencional. A escala kelvin começa no limite inferior da temperatura, 0 K. Assim, ela permite comparar temperaturas absolutas, enquanto “o dobro de graus Celsius” não significa o dobro da temperatura absoluta.
Agora, duas equipes analisarão o mesmo recipiente aquecido. Uma calculará a razão usando graus Celsius, e a outra, kelvin. Você verificará quanto cada resultado varia e usará os dados do laboratório para decidir qual escala representa melhor a relação entre pressão e temperatura.
De graus Celsius para kelvin
Use a figura para lembrar a conversão. Cada par de marcas representa a mesma temperatura nas duas escalas. Na tabela, use K = °C + 273,15.
No modelo ideal, P/T(K) seria constante. O que você prevê para as leituras reais?
Justifique sua escolha em uma frase. Você pode mencionar o modelo ideal ou a incerteza das medições reais.
Observe de onde vêm os dados
12 min
Abra o laboratório e observe o aquecimento da mesma amostra de etanol em volume fixo. Antes de iniciar, prepare duas linhas, em uma folha ou anotação, com colunas para tempo, temperatura e pressão. Perto de 00:30 e de 03:30, registre a temperatura em °C e a pressão em kPa e, depois, converta as duas temperaturas para kelvin. A atividade também traz linhas do mesmo ensaio para comparação.
Abrir o laboratório de Gay-Lussac
A amostra fechada contém sempre a mesma quantidade total de etanol, e o recipiente mantém o volume fixo. O modelo ideal também considera fixa a quantidade na fase gasosa; o laboratório registra temperatura e pressão, não a quantidade presente em cada fase.
Abra o laboratório pelo botão desta atividade.
Na tela de configuração, escolha a única amostra disponível: 0,014 mol de etanol. A interface pode mostrar
0.014 moles ethanol #1.Inicie uma observação, que leva cerca de 4 minutos. Durante o ensaio, registre valores aproximados de temperatura e pressão nos instantes indicados na tabela a seguir.
Volte ao TEACH e complete a tabela antes de continuar a análise.
Leituras do laboratório
Os tempos já estão preenchidos. Copie as leituras observadas para as colunas de °C e kPa; as unidades aparecem nos cabeçalhos. Depois, converta cada temperatura para K e arredonde para uma casa decimal. Por fim, calcule cada P/T(K) e mantenha quatro casas decimais.
| Tempo do ensaio (min:s) | Temperatura °C | Pressão kPa | Temperatura K | P/T(K) kPa/K |
|---|---|---|---|---|
Depois de completar a tabela, o que você observa ao comparar os dois valores de P/T(K)?
Compare as razões
13 min
A lista traz três pontos de referência já calculados, todos do mesmo ensaio. Primeiro, as temperaturas em graus Celsius foram arredondadas para uma casa decimal; depois, somou-se 273,15 e o valor em kelvin foi arredondado para uma casa decimal. P/T aparece com quatro casas decimais. Use a lista como referência. Suas duas razões continuam sendo aquelas que você calculou com as leituras do laboratório.
Dados de referência
- Medição 1: T = 23,9 °C = 297,1 K; P = 87,76 kPa; P/T = 0,2954 kPa/K.
- Medição 41: T = 34,9 °C = 308,1 K; P = 91,36 kPa; P/T = 0,2965 kPa/K.
- Medição 61: T = 44,6 °C = 317,8 K; P = 95,48 kPa; P/T = 0,3004 kPa/K.
Cálculo em graus Celsius. Complete este formato: Razão inicial = ___ kPa/°C; razão final = ___ kPa/°C; variação relativa = ___ %. Use 87,76 / 23,9, 95,48 / 44,6 e |último − primeiro| / primeiro × 100. Arredonde as razões para duas casas decimais e a porcentagem para uma casa decimal.
Variação em kelvin. Use a primeira e a última razão da lista de referência para calcular |último − primeiro| / primeiro × 100. Mostre a operação e a porcentagem, arredondada para uma casa decimal.
Qual escala de temperatura produz a razão calculada mais estável?
Justifique a escolha anterior comparando a variação relativa calculada em graus Celsius com a calculada em kelvin a partir da lista de referência. Não refaça os cálculos.
Decida qual escala representa melhor a relação
8 min
Você calculou razões usando duas escalas que representam as mesmas temperaturas, mas colocam o zero em pontos diferentes. Use a estabilidade das razões e a posição do zero de cada escala para construir sua conclusão. Limite a resposta à comparação entre escalas de temperatura; pequenas diferenças entre leituras reais significam que você não deve afirmar que a razão é exatamente constante.
Conclusão. Em duas ou três frases, indique qual escala é adequada para a lei e explique por que seu zero físico é importante. Use pelo menos uma porcentagem como evidência.
Compare o resultado das suas duas razões P/T(K) com a previsão inicial. O que você faz com a previsão?
Transforme esta visualização em uma sessão de aula
Continue para o LabsLand Teach para usar esta lição com seus estudantes e conferir o acesso disponível para sua conta.
Ainda não tem uma conta na LabsLand? Criar sua conta de professor