Curva de calibração: para que serve, como fazer, exemplos - Ciência - 2023

science

Contente

o curva de calibração É um gráfico que relaciona duas variáveis, que serve para verificar se um equipamento de medição está funcionando corretamente. Independentemente do equipamento, o tempo e o desgaste afetam a qualidade da medição.

Por isso é importante verificar periodicamente o seu correto funcionamento. Isso é feito comparando as medidas fornecidas pelo equipamento com as de um dispositivo padrão usado como referência. Este equipamento de referência é o mais preciso.

Por exemplo, na Figura 1 temos o sinal de saída de um dispositivo ideal em verde, comparado à grandeza medida, ambos são proporcionais.

No mesmo gráfico estão as curvas de dois instrumentos diferentes que não estão calibrados e que têm comportamentos ligeiramente diferentes entre si e do padrão.


Como funciona?

Por exemplo, suponha que desejemos calibrar um dinamômetro, que é um dispositivo usado para medir forças como o peso de objetos e aquelas que aparecem quando um objeto é acelerado.

Para que uma mola se estique, é necessário aplicar uma força, que é proporcional ao alongamento, segundo a lei de Hooke.

Um dinamômetro simples consiste em uma mola dentro de um tubo equipado com um ponteiro e uma escala para indicar o alongamento. Em uma extremidade há um anel para segurar o dinamômetro e na outra há um gancho para pendurar pesos.

Uma forma de calibrar o dinamômetro é pendurar diferentes pesos, cuja massa foi previamente determinada com uma balança (o instrumento de referência), e medir o estiramento ou alongamento da mola, que se presume ser leve.


A lei de Hooke aplicada ao sistema de massa-mola em equilíbrio estático resulta na seguinte equação, que relaciona o comprimento da mola à massa suspensa:

L = (g / k) m + Lo

Onde:

-L: comprimento total da mola

-g: aceleração da gravidade

-k: constante da mola

-m: massa

-Lo: comprimento natural da mola.

Depois de ter vários pares de pontos comprimento-massa, eles são representados graficamente para construir a curva de calibração. Uma vez que a relação entre o comprimento L e a massa m é linear, a curva é uma linha reta, onde:

Inclinação = g / k

Como fazer uma curva de calibração?

Estas são as etapas para fazer uma curva de calibração para um instrumento de medição.

Passo 1

Escolha o padrão de comparação a ser usado, de acordo com o dispositivo a ser calibrado.

Passo 2

Selecione a faixa apropriada de valores e determine o número ideal de medições a serem realizadas. Se tivéssemos que calibrar um dinamômetro, teríamos que primeiro avaliar o limite do peso que pode ser pendurado sem que seja permanentemente deformado. Se isso acontecesse, o instrumento seria inútil.


etapa 3

Fazendo pares de leituras: uma é a leitura feita com o padrão padrão, a outra é a medição feita com o sensor sendo calibrado.

Passo 4

Faça um gráfico dos pares de leituras obtidos na etapa anterior. Pode ser feito manualmente, em papel milimetrado ou em planilha.

A última opção é preferível, pois o traçado à mão pode levar a pequenas imprecisões, enquanto um melhor ajuste pode ser feito com a planilha.

Exemplos de curva de calibração

As curvas de calibração também são utilizadas para converter uma grandeza em outra de fácil leitura, por meio de alguma propriedade ou lei que as relacione.

Calibrando um termômetro de resistência de platina

Uma alternativa ao uso de mercúrio é a resistência elétrica. A resistência é uma boa propriedade termométrica, pois varia com a temperatura e também é fácil de medir com um ohmímetro ou amperímetro.

Bem, neste caso, um padrão adequado para construir a curva de calibração seria um bom termômetro de laboratório.

Você pode medir pares de resistência de temperatura e levá-los a um gráfico, que será usado posteriormente para determinar qualquer valor de temperatura conhecendo a resistência, desde que o valor desta esteja dentro da faixa de medições que foram feitas.

A seguinte curva de calibração mostra a temperatura no eixo x com o termômetro padrão e a temperatura no eixo vertical com um termômetro de resistência de platina, denominado termômetro A.

A planilha encontra a linha que melhor se ajusta às medidas, a equação que aparece no canto superior direito. O termômetro de platina tem um desvio de 0,123ºC em relação ao padrão.

Curva de calibração de uma solução

É um método utilizado em Química Analítica e consiste em uma curva de referência, onde a quantidade medida é a concentração de um analito no eixo horizontal, enquanto a resposta instrumental aparece no eixo vertical, conforme mostra o exemplo a seguir.

A curva é utilizada para encontrar, por interpolação, a concentração do analito presente em uma amostra desconhecida, por meio da referida resposta instrumental.

A resposta instrumental pode ser uma corrente elétrica ou uma voltagem. Ambas as quantidades são fáceis de medir em laboratório. A curva é então usada para descobrir a concentração do analito desconhecido desta forma:

Suponha que a corrente seja de 1500 mA na curva de calibração. Ficamos neste ponto no eixo vertical e traçamos uma linha horizontal até a curva. A partir deste ponto projetamos uma linha verticalmente em direção ao eixo x, onde é lida a respectiva concentração do analito.

Exercício resolvido

Construa a curva de calibração de uma mola com constante elástica ke, a partir do gráfico, determine o valor da referida constante, tudo baseado nos seguintes dados experimentais de pares comprimento - massa:

Solução

Cada par de valores é interpretado da seguinte forma:

Quando uma massa de 1 kg é suspensa, a mola é esticada para 0,32 m. Se uma massa de 2 kg for suspensa, a mola medirá 0,40 me assim por diante.

Usando uma planilha, o gráfico de comprimento versus massa é desenhado, o que acaba sendo uma linha reta, como esperado da lei de Hooke, uma vez que a relação entre comprimento L e massa m é dada por:

L = (g / k) m + Lo

Conforme explicado nas seções anteriores. O gráfico obtido é o seguinte:

Abaixo do título, a planilha mostra a equação da linha que melhor se ajusta aos dados experimentais:

L = 0,0713 m + 0,25

O corte da linha com o eixo vertical é o comprimento natural da mola:

euou = 0,25 m

Por sua vez, a inclinação é o quociente g / k:

g / k = 0,0713

Portanto, tomando g = 9,8 m / s2, o valor da constante da mola é:

k = (9,8 / 0,0713) N / m

k = 137,45 N / m

Tomando este valor, a nossa mola é calibrada e o dinamômetro pronto para medir as forças da seguinte forma: pendura-se uma massa desconhecida que produz um certo estiramento, que é lido no eixo vertical.

A partir deste valor é desenhada uma linha horizontal até atingir a curva e nesse ponto uma linha vertical é projetada no eixo x, onde o valor da massa é lido. Pegando a massa, temos o seu peso, que é a força que causa o alongamento.

Referências

  1. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9th Ed. Cengage Learning.
  2. Tipler, P. 1987. Física Pré-Universitária. Editorial Reverté.
  3. Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. 7ª Edição. Colina Mcgraw
  4. Wilson, J. 2010. Experiências de Laboratório de Física. 7º. Ed. Brooks Cole.
  5. Wikipedia. Curva de calibração. Recuperado de: es.wikipedia.org.