Experiência de Termologia

• Termologia

TRANSFERÊNCIA DE CALOR E EQUILÍBRIO TÉRMICO

Objetivo

Mostrar que a transferência espontânea de calor entre objetos em contato ocorre sempre do mais quente para o mais frio, levando ambos a atingirem a mesma temperatura (o equilíbrio térmico).

Contexto

Em diversos momentos na nossa vida podemos presenciar, e até mesmo sentir, a transferência de calor entre objetos. Na cozinha por exemplo, diariamente para preparar os alimentos precisamos aquecê-los; ao terminar de prepará-los, eles começam a esfriar até ficar na mesma temperatura do ambiente, ou seja, esfriam até atingir um equilíbrio térmico com o meio onde estão. Nesse exemplo a troca de calor ocorreu entre a panela onde estavam os alimentos e o ar que a rodeava. Não é por acaso que a cozinha esquenta: ela recebe o calor dos objetos aquecidos em seu interior. Outro exemplo de transferência de calor é a nossa sensação de frio ou quente. Quando o ambiente em que estamos se torna mais frio do que o nosso corpo, então o calor do nosso corpo começa a propagar para o ambiente e nós começamos a sentir frio. Quando o ambiente está mais quente, não há transferência calor do nosso corpo para o meio e temos a sensação de quente. A roupa que usamos também influencia na quantidade de calor que será transferido do corpo para o ambiente. Pois o algodão ou a lã isolam o calor, ou seja, eles impedem que o calor propague rapidamente do corpo para o ambiente. A lã é um isolante térmico melhor que o algodão e justamente por isso ela é usada no inverno, quando o ambiente está mais frio, pois ela consegue reter melhor o calor do nosso corpo, impedindo que ele se propague para o meio ambiente. Roupas leves de algodão são usadas no verão porque o algodão permite que o calor do nosso corpo propague melhor para o meio ambiente. Transferência espontânea de calor ocorre sempre do objeto de maior temperatura para aquele de menor temperatura. Essa transferência de energia ocorre até que as temperaturas se igualem, ou seja, até que os objetos atinjam o equilíbrio térmico.

Idéia do experimento

O experimento consiste em aquecer um pouco de água dentro de um recipiente e depois colocá-lo para esfriar dentro de uma vasilha contendo água na temperatura ambiente. Após ter colocado o recipiente com água quente dentro da vasilha, toca-se na água que estava nessa vasilha na temperatura ambiente. Percebe-se que esta água está se aquecendo; que o calor da água aquecida e do recipiente que a contém começaram a propagar para a água que está ao seu redor. Ou seja, está ocorrendo transferência de energia da água e do recipiente de alumínio que estão numa temperatura mais alta para a água de menor temperatura. E essa transferência de calor ocorrerá até que os dois volumes de água e o recipiente aquecido atinjam o equilíbrio térmico. Durante a execução do experimento, também há transferência de calor para o ar que está em volta do experimento. Entretanto, o equilíbrio térmico entre os dois volumes de água é atingido bem mais rápido do que entre os volumes de água e o ar. Assim, focalizamos nossa atenção somente no equilíbrio entre os dois volumes de água.

Material

1. Uma latinha de refrigerante
2. Uma vasilha => Deve ter tamanho suficiente para caber dentro dela uma latinha de refrigerante e ainda sobrar espaço .
3. Água
4. Pano de prato => Para segurar a latinha de alumínio quando ela estiver quente
5. Estilete => Para cortar a latinha de refrigerante
6. Uma lamparina => Ver anexo 1
7. Fósforo => Para acender a lamparina

Montagem

Corte uma latinha bem próximo da borda superior.

No lugar onde foi cortado, faça cortes de cerca de cinco milímetros na vertical e depois dobre as beiras da lata para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira cortante).

Coloque água na latinha até acima da metade.

Coloque a latinha sobre o suporte na lamparina e aguarde até ela ficar bem quente.

Coloque água à temperatura ambiente na vasilha até acima do meio. Observação: o total de água colocada na vasilha deve ser menor que o dobro da quantidade de água que está dentro da latinha.

Retire a latinha do suporte segurando-a com o pano e a coloque dentro da vasilha com água.
Toque na água que estava na temperatura ambiente e sinta o seu aquecimento.

Comentários

Quanto maior for a diferença entre as temperaturas das águas, melhor se poderá sentir a transferência de calor de um volume de água para o outro.
Experimente fazer o mesmo experimento colocando água fria na latinha e água quente em volta.

Esquema de montagem

Anexo 1

LAMPARINAS E SUPORTES

Se você possuir lamparina comum, use-a. Se não tiver, faça esta lamparina a base de vela, que
consideramos ser mais segura que a lamparina comum.

Material

1. Quatro latinhas de refrigerante => O suporte se encaixará melhor sobre a lamparina se as duas forem da mesma marca.
   Duas das latinhas devem possuir a argola usada para abrir o furo da lata
2. Estilete
3. Abridor de latas

Montagem

Tire a parte superior das outras duas latinhas com o abridor de latas e as corte ao meio com o estilete.

Com o estilete tire dos lados da meia lata quatro tiras de cerca de dois centímetros e meio de largura.

Retire da lateral da latinha um retângulo de quatro centímetros de altura e seis de comprimento.

No lugar onde foi cortado faça cortes de cerca de cinco milimetros na vertical e depois dobre as beiras da lata para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira da lata cortante ).

Coloque uma vela dentro da latinha, de modo que ela fique apoiada na argola do furo; para ela não cair para dentro da lata conforme for queimando.

Coloque o suporte sobre a lamparina e acenda a vela.
Para construir a outra lamparina siga o mesmo procedimento descrito acima.

Comentários

Conforme a vela for queimando, empure-a para cima. Tenha cuidado para não desgastar-la muito os lados da vela, pois senão a vela não ficará firme na beira da lata.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira