Experiência de Termologia

Termologia

Construção didática de um termômetro.

Apresentação.

Você já deve ter observado que nem sempre podemos caracterizar o estado térmico de um objeto (quente, frio, morno etc.) através das sensações transmitidas pelos órgãos dos sentidos, pois estas dependem tanto do material de que é feito o objeto tocado, como das condições que precederam o contato com o nosso corpo --- é tradicional o experimento das três bacias com água, fria, morna e tépida. Para caracterizar de modo unívoco tais estados térmicos - o objeto da Termometria - é que fazemos 'medidas' de temperatura, utilizando termômetros.

Vários métodos e arranjos foram desenvolvidos para permitirem medições de temperaturas. Muitos deles são baseados sobre o efeito das variações de temperatura sobre matérias. Um dos dispositivos mais utilizados para medir a temperatura é o termômetro de mercúrio. Consiste num tubo de vidro contendo mercúrio ou mesmo um outro líquido (álcool colorido). O incremento da temperatura provoca a expansão do líquido, e a temperatura pode ser determinada medindo a variação de volume do líquido ou, com maior simplicidade, a altura que o líquido alcança na haste do termômetro. Tais termômetros normalmente são calibrados (e é nessa fase que nascem as escalas termométricas) e assim podem mostrar a temperatura, como dissemos, simplesmente observando o nível do líquido no termômetro. Um tipo de termômetro que não é muito prático, mas é importante de ponto de visto teórico, é o termômetro de gás a volume constante.

O termômetro que vamos construir nesta atividade também funcionará desse modo: o líquido ou gás nele contido se expande ou se contrai (genericamente, se dilata), quando aquecido ou resfriado.
Para relacionar a altura do líquido (ou gás) no tubo com a temperatura do corpo com o qual o termômetro entra em contato, deveremos calibrar o termômetro. Isso será feito a partir de dois pontos de referência: a temperatura do gelo em fusão ( 0ºC) e a do corpo humano que em condições normais, está a uma temperatura aproximada de 37ºC. Usando esses dois pontos de referência, você poderá construir a escala do termômetro e efetuar medidas de temperatura de outros corpos.

Termômetro didático.

O termômetro 'caseiro' que construiremos apresentará inconvenientes, no entanto, permitirá entender toda a técnica de construção de escalas termométricas, analisar as escolhas dos pontos fixos, fazer medidas aproximadas de temperatura e poderá ser usado durante um dia inteiro.

Material.

1 tubo de ensaio de 16 mm X 150 mm
1 tubo de vidro com aproximadamente 2 mm de diâmetro interno e 50 cm de comprimento
1 rolha com furo central de diâmetro igual ao externo do tubo de vidro
1 recipiente para colocar água e gelo picado
1 termômetro (-10 a 110ºC)
1 lamparina a álcool, bico de Bunsen, ebulidor elétrico ou outra fonte de calor.
Álcool

Procedimento
Sugestão A.

1. Feche o tubo de ensaio com a rolha furada e introduza o tubo de vidro fino através do furo, tal como mostramos abaixo. Este será o seu termômetro.



2. Coloque esse conjunto em um recipiente com água e aqueça-o até 40ºC. Ilustramos isso:



3. Em seguida, a 40ºC, coloque uma gota d’água colorida (pode ser colorida por meio de tinta de caneta) na parte superior do tubo fino de vidro, tal como ilustramos.



4. Substitua a água do recipiente por gelo picado (a 0ºC) e espere que o sistema atinja o equilíbrio térmico.

5. Anote a altura ho atingida pela gota d’água no tubo. Ilustremos



6. Retire o tubo do recipiente com gelo e coloque-o em contato com seu corpo (em baixo do braço).

7. Anote a altura h1 atingida pela gota d’água no tubo, correspondente à temperatura do seu corpo. Assumiremos para essa temperatura o valor de 37ºC.

8. Agora você tem dados suficientes para construir uma escala para o seu termômetro, pois conhece dois de seus pares posição da gota/temperatura, ou seja:ho ==> 0ºC e h1 ==> 37ºC.
Meça a distância correspondente ao intervalo de 0ºC a 37ºC (h1 — ho) e calcule por 'regra de três' a distância correspondente a 1ºC. Com isso, você pode fazer marcas no tubo de 1 em 1ºC, desde 0ºC até onde for possível.

9. Meça a temperatura de outros objetos, utilizando simultaneamente para cada um deles o termômetro que você construiu e o de mercúrio. Anote os resultados.

10. Compare as temperaturas acusadas pelos dois termômetros, para cada objeto.

Sugestão B.

1. Encha o recipiente de vidro com álcool colorido até a boca, (dilua qualquer corante no álcool como, por exemplo, tinta de carimbo ou de caneta esferográfica). É importante que não fique ar no interior do recipiente.

2. Coloque a rolha atravessada pelo tubo, de modo que o álcool suba um pouco no tubo (altura h), tal como ilustramos a seguir.



3. Coloque o seu termômetro a álcool em um recipiente contendo gelo fundente e aguarde alguns minutos até que se atinja o equilíbrio térmico (quando a altura do álcool no tubo se estabilizar).

4. Anote a altura ho do álcool no tubo correspondente à temperatura de equilíbrio com o gelo fundente (0ºC).

5. Retire o termômetro do recipiente com gelo e coloque-o em contato com seu corpo, até que se atinja o equilíbrio.

6. Anote a altura h1 do álcool no tubo correspondente à temperatura como sendo 37ºC.

7. Agora você tem dados suficientes para construir uma escala para o seu termômetro, pois conhece dois de seus pares "posição da gota/temperatura", ou seja:ho ==> 0ºC e h1 ==> 37ºC. Meça a distância correspondente ao intervalo de 0ºC a 37ºC (h1 — ho) e calcule por ' regra de três' a distância correspondente a 1ºC. Com isso, você pode fazer marcas no tubo de 1 em 1ºC, desde 0ºC até onde for possível.

8. Utilize seu termômetro para medir a temperatura de outros objetos.

Pessoal tá ai um termômetro caseiro.

Grande abraço.
Dayvidson Siqueira.

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Experiências de Termologia

• Termologia

MUDANÇA DE ESTADO - 2

Objetivo

Mostrar a mudança do estado gasoso para o líquido.

Contexto

A troca de calor entre materiais, ou seja, propagação de energia térmica, pode causar mudanças nos materiais que trocam energia. As principais mudanças que podem ocorrer num material devido à variações de sua energia térmica são: variação da temperatura, variação de volume e mudança de estado físico.
Todos os materiais são formados por moléculas (menor parte da matéria que conserva as característica de uma substância), sendo que a maioria dos materiais que encontramos na natureza são formados pela mistura de diferentes substâncias. O efeito do aumento de energia térmica num material é o aumento da velocidade com que as moléculas se movem (vibram) no material. O aumento de temperatura se dá por que a temperatura que sentimos é um indicativo da energia cinética com que as moléculas estão vibrando, ou seja, o quão rápido as moléculas estão se movimentando. O estado físico de um material, sólido, líquido ou gasoso, é devido à interação elétrica existente entre as moléculas das substâncias de que é formado o material. Com o aumento da energia térmica das moléculas, ou seja, com o aumento da intensidade com que vibram as moléculas, chega-se a uma certa temperatura onde a intensidade da vibração é suficiente para superar a interação molecular existente. Então ocorre a mudança de estado. As moléculas de um sólido vibram em torno de uma posição fixa; na mudança para o estado líquido as moléculas deixam de ter esta posição fixa de vibração, e com isso podem se deslocar de um lugar para outro. Na mudança do estado líquido para o gasoso, as moléculas deixam de ter interações entre si e passam a se movimentar para qualquer direção, se movendo pelo ambiente todo em que estiver o gás. A diminuição da quantidade de energia térmica simplesmente faz com que os mesmos fenômenos aconteçam, só que em ordem contrária.

Idéia do experimento

A idéia é passar água líquida para o estado gasoso e depois transformar o vapor de água (estado gasoso) em água líquida outra vez. Para isso precisa-se ferver um pouco de água em um recipiente. Depois que a água ferver, tapa-se o recipiente com uma tampa transparente e observa-se a condensação do vapor d'água na tampa. Pelas gotas d´água que se formam na tampa, fica visível o processo de condensação (passagem do estado gasoso para o líquido de uma substância).

Material

1. 1 latinha de refrigerante => para fazer um recipiente
2. 1 lamparina => ver anexo 1
3. 1 caixa de palitos de fósforo => para acender a lamparina
4. Água, o suficiente para cobrir o fundo da latinha de refrigerante => para produzir o vapor
5. 1 uma tampa transparente de caixa de cd => para condensar o vapor d'água
6. 1 estilete => para cortar a latinha

Montagem


Corte a latinha no meio.

No recipiente que resultou coloque água até cobrir a curva de seu fundo. Nesta passagem se coloca pouca água, pois quanto mais água se coloca, mais tempo demora para a água ferver.

Coloque o recipiente com água sobre o suporte da lamparina e acenda a vela.

Quando a água começar a ferver, ou seja, quando começar a subir vapor tape o recipiente com a capa de cd.
Observe as pequenas gotas de água que vão se formando na capa de cd.

Comentários

Caso queira retirar a tampa de cd para recolocá-la para rever a condensação de vapor, primeiro espere a tampa de cd esfriar (ou esfrie-a com água fria) antes de voltar a tampar o recipiente com ela.

Esquema de montagem

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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, à base de álcool.

Material

1. Duas latinhas de refrigerante => O suporte se encaixará melhor sobre a lamparina se as duas latinhas forem da mesma marca.
2. Estilete => para realizar os cortes na latinha
3. Abridor de latas => para retirar a parte superior de uma das latinhas

Montagem

Tire a parte superior de uma latinha com o abridor de latas e corte-a um pouco abaixo do meio com o estilete.

Com o estilete, tire dos lados do pedaço de lata quatro tiras de cerca de dois centímetros de largura.

Retire um retângulo da lateral da outra latinha, semelhante ao desenho abaixo. É importante que fique um espaço (cerca de dois centímetros e meio) entre o corte do retângulo e a borda superior, pois o suporte será encaixado nesse espaço.

Nas bordas da abertura faça cortes de cerca de cinco milímetros e depois dobre as beiras para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira da lata cortante).

Corte a boca da latinha a deixando num formato triangular.

Coloque uma vela dentro da latinha, fixando a vela na boca triangular para ela não cair para dentro da lata conforme for queimando. A vela deve ser empurrada contra a parte triangular e ficar cravada.

Coloque o suporte sobre a lamparina e acenda a vela.

Comentários

Conforme a vela for queimando e a chama se aproximando da lata, levante a vela voltando a fixá-la numa posição mais elevada.

Esquema de montagem

Abração

Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Termologia

• Termologia

MUDANÇA DE ESTADO - 1

Objetivo

Mostrar que, a uma certa temperatura, os materiais mudam de estado.

Contexto

A troca de calor entre materiais, ou seja, propagação de energia térmica, pode causar mudanças nos materiais que trocam energia. As principais mudanças que podem ocorrer num material devido à variações de sua energia térmica são: variação da temperatura, variação de volume e mudança de estado físico.
Todos os materiais são formados por moléculas (menor parte da matéria que conserva as característica de uma substância), sendo que a maioria dos materiais que encontramos na natureza são formados pela mistura de diferentes substâncias. O efeito do aumento de energia térmica num material é o aumento da velocidade com que as moléculas se movem (vibram) no material. O aumento de temperatura se dá por que a temperatura que sentimos é um indicativo da energia cinética com que as moléculas estão vibrando, ou seja, o quão rápido as moléculas estão se movimentando. O estado físico de um material, sólido, líquido ou gasoso, é devido à interação elétrica existente entre as moléculas das substâncias de que é formado o material. Com o aumento da energia térmica das moléculas, ou seja, com o aumento da intensidade com que vibram as moléculas, chega-se a uma certa temperatura onde a intensidade da vibração é suficiente para superar a interação molecular existente. Então ocorre a mudança de estado. As moléculas de um sólido vibram em torno de uma posição fixa; na mudança para o estado líquido as moléculas deixam de ter esta posição fixa de vibração, e com isso podem se deslocar de um lugar para outro. Na mudança do estado líquido para o gasoso, as moléculas deixam de ter interações entre si e passam a se movimentar para qualquer direção, se movendo pelo ambiente todo em que estiver o gás. A diminuição da quantidade de energia térmica simplesmente faz com que os mesmos fenômenos aconteçam, só que em ordem contrária.

Idéia do experimento

A idéia é usar parafina e provocar mudanças de estado: de sólido para líquido, de líquido para sólido e de líquido para gasoso. Primeiramente aquece-se um pedaço parafina, que é sólido, até que ocorra a mudança para o seu estado líquido. Depois deixa-se o líquido esfriar até que ele volte a ser sólido. Posteriormente aquece-se a parafina sólida até que haja a sua mudança para o estado líquido e, em seguida, gasoso.

Material

1. Uma vela => para aquecer e retirar parafina
2. Caixa de palitos de fósforo => para acender a vela
3. Uma colher sopa => para colocar a parafina
4. Um estilete => para retirar da vela a parafina a ser derretida

Montagem


Retire com o estilete cerca de três milímetros cúbicos de parafina do lado da vela.
Coloque na colher a parafina que foi retirada.
Acenda a vela e a fixe em algum lugar.
Segure a colher logo acima da chama da vela.
Espere a parafina derreter.
Retire a colher de cima da chama e espere a parafina esfriar até voltar para o seu estado sólido.
Volte a segurar a colher logo acima da chama da vela.
Espere até que a parafina se decomponha, passando para o estado gasoso.

Comentários

Não toque na parafina ou na parte da colher que é aquecida pela vela, pois eles estarão muito quentes.
No experimento não foi feito a passagem do estado gasoso para o líquido, pois a parafina é um derivado do petróleo formado de várias substâncias diferentes e na mudança para o estado gasoso as diferentes substâncias se separam. Portanto, o que realmente ocorre é uma decomposição da parafina em seus diferentes componentes. Logo, concluí-se que na mudança de estado da parafina para a forma gasosa é impossível reverter o processo, assim como foi feito quando a parafina mudou do estado sólido para o líquido.
Na passagem do estado líquido para o sólido, para tornar o processo mais rápido pode-se encostar a colher num material bom condutor de calor, como o piso da sala, uma pia de pedra ou aço, etc.
Ficarão resíduos na colher após a decomposição da parafina. Para limpar a colher, use esponja de aço (bombril).

Esquema de montagem

Abraços
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Termologia

• Termologia

DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO - 2

Objetivo

Mostrar que quando um material é aquecido ele sofre um aumento de volume e quando resfriado sofre uma diminuição de volume.

Contexto

Alguma vez você já se perguntou por que o copo de vidro se quebra quando colocamos café fervendo dentro dele? Ou por que o mercúrio sobe dentro do bulbo do termômetro? Estas são apenas duas situações onde testemunhamos o fenômeno da dilatação dos materiais. Nos dois casos anteriores o que ocorreu foi que tanto o copo como o mercúrio do termômetro sofreram um aumento de temperatura e por isso os seus volumes aumentaram. No caso do copo, a camada de vidro interna se aqueceu e dilatou antes da camada de vidro externa ter se aquecido o suficiente para sofrer a mesma dilatação. Por isso a camada de vidro interna empurra a camada externa e o copo se quebra. O volume de quase todos os materiais cresce quando sofre um aumento de temperatura porque a vibração das moléculas do material aumenta. Assim as moléculas passam a ocupar um espaço maior e conseqüentemente o volume de todo o material também aumenta. O inverso ocorre quando um material sofre uma diminuição de temperatura. Entretanto há raras exceções onde a temperatura aumenta e o volume ocupado pelo material diminui. Como no caso da água, que quando sua temperatura passa de zero a quatro graus centígrados, o volume ocupado por ela diminui.

Idéia do experimento

A idéia é aquecer um frasco cheio de água e verificar a variação do volume da água através do deslocamento do nível da água num tubo ligado ao frasco. A água é aquecida colocando uma vela para aquecer o frasco. Quando a água está sendo aquecida ela dilata (aumenta o volume), ou seja, passa a ocupar um espaço maior. Como o frasco está cheio e não há espaço para onde a água ir, então ela sobe pelo tubo ligado ao frasco. O volume de água que sobe pelo tubo é o quanto a água dilatou. Depois o frasco é colocado dentro de um recipiente contendo água fria. Isso faz com que a água de dentro do frasco esfrie rapidamente. Conforme a água vai esfriando, ela diminui o volume, ou seja, vai se contraindo e a água que se encontra no tubo vai descendo.

Material

1. 1 frasco de vidro de 50 ml => É aquele frasco em que geralmente vem com xarope.
2. 1 caneta => Que seja possível separar o tubo externo. Se o tubo tiver furo na lateral, ele será tapado com fita crepe.
3. 1 borracha escolar => Deve ter cerca de um centímetro de altura.
4. 1 garrafa de refrigerante de 2 litros de plástico => Para confeccionar uma vasilha.
5. 1 lamparina => Ver anexo 1.
6. 1 caixa de palitos de fósforo => Para acender a lamparina.
7. Água => Cerca de um litro.
8. 15 centímetros de fita crepe => Para confeccionar uma escala.
9. 1 estilete => Para cortar a borracha e a garrafa.
10. 1 pano de limpeza => Para limpar o fundo do frasco após o aquecimento.

Montagem


Corte a garrafa cerca de 10 centímetros acima do fundo.

Marcar na borracha o contorno da boca do frasco.


Com o estilete corte a borracha seguindo o contorno desenhado no passo anterior. No final deve ficar como no desenho abaixo, pois queremos uma rolha.

Coloque a rolha na boca do frasco para ver se ela encaixa corretamente. Se a rolha estiver muito grande, retire mais um pouco de sua lateral com o estilete.
Desmonte a caneta e retire o tubo externo.
Fure a rolha usando o tubo da caneta e retire o pedaço de borracha que ficou dentro do tubo.

Coloque o sistema acima na boca do frasco. Se não entrar, retire com o estilete um pouco do lado da borracha. Importante: deve-se deixar apenas o suficiente para a rolha entrar apertada.
Retire a rolha com o tubo, coloque o frasco dentro do recipiente de plástico e encha-o totalmente de água. Coloque a rolha com o tubo.

Vire o frasco de lado para ver se não ficou nenhuma bolha de ar dentro. Se ficou, encha o frasco com água outra vez. Importante: duas coisas contribuem para criar bolhas dentro do frasco. Uma é deixar um pedaço grande do tubo dentro do frasco. Outra é não encher totalmente frasco com água.
Cole um pedaço de fita crepe de cerca de 1 centímetro de largura no tubo de caneta. Se o tubo de caneta tiver furo, coloque a fita de tal modo que tampe o furo.
Faça riscos com intervalo de 5 milímetros na fita crepe.
Faça uma marca na posição onde está o nível da água.
Coloque o conjunto sobre o suporte da lamparina para aquecer.
Observe a dilatação, ou seja, o nível da água subindo.
Espere o nível da água subir cerca de 3 centímetros.
Pegue o frasco e limpe o fundo com o pano.
Coloque o conjunto dentro do recipiente de plástico.
Coloque água fria ao redor do frasco.
Observe o nível da água no tubo baixando, ou seja, a água se contraindo.

Comentários

Corte a borracha sobre um papelão ou um pedaço de madeira para não riscar a carteira.
Quando a água voltar a mesma temperatura em que estava antes de ser colocada no frasco, o nível da água no tubo será o mesmo de antes do frasco ser aquecido.

Esquema de montagem

Anexo 1
LAMPARINA E SUPORTE

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, a base de álcool.

Material

1. 2 latinhas de refrigerante => O suporte se encaixará melhor sobre a lamparina se o par de latinhas forem da mesma marca.
2. 1 estilete => Para realizar os cortes nas latinhas.
3. 1 abridor de latas => Para retirar a parte superior de uma das latinhas.

Montagem

Tire a parte superior de uma latinha com o abridor de latas e corte-a um pouco abaixo do meio com o estilete.

Com o estilete, tire dos lados quatro tiras de cerca de dois centímetros de largura.

Retire um retângulo da lateral da outra latinha, semelhante ao desenho abaixo. É importante que fique um espaço (cerca de dois centímetros e meio) entre o corte do retângulo e a borda superior, pois o suporte será encaixado nesse espaço.

Nas bordas da abertura faça cortes de cerca de cinco milímetros e depois dobre as beiras para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira da lata cortante).

Corte a boca da latinha a deixando num formato triangular.

Coloque uma vela dentro da latinha, fixando a vela na boca triangular para ela não cair para dentro da lata conforme for queimando. A vela deve ser empurrada contra a parte triangular e ficar cravada.

Coloque o suporte sobre a lamparina e acenda a vela.

Comentários

Conforme a vela for queimando e a chama se aproximando da lata, levante a vela voltando a fixá-la numa posição mais elevada.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Termologia

• Termologia

DILATAÇÃO E CONTRAÇÃO - 1

Objetivo

Mostrar que quando um material é aquecido ele sofre um aumento de volume e quando resfriado sofre uma diminuição de volume.

Contexto

Alguma vez você já se perguntou por que o copo de vidro se quebra quando colocamos café fervendo dentro dele? Ou por que o mercúrio sobe dentro do bulbo do termômetro? Estas são apenas duas situações onde testemunhamos o fenômeno da dilatação dos materiais. Nos dois casos anteriores o que ocorreu foi que tanto o copo como o mercúrio do termômetro sofreram um aumento de temperatura e por isso os seus volumes aumentaram. No caso do copo, a camada de vidro interna se aqueceu e dilatou antes da camada de vidro externa ter se aquecido o suficiente para sofrer a mesma dilatação. Por isso a camada de vidro interna empurra a camada externa e o copo se quebra. O volume de quase todos os materiais cresce quando sofre um aumento de temperatura porque a vibração das moléculas do material aumenta. Assim as moléculas passam a ocupar um espaço maior e conseqüentemente o volume de todo o material também aumenta. O inverso ocorre quando um material sofre uma diminuição de temperatura. Entretanto há raras exceções onde a temperatura aumenta e o volume ocupado pelo material diminui. Como no caso da água, que quando sua temperatura passa de zero a quatro graus centígrados, o volume ocupado por ela diminui.

Idéia do experimento

A idéia é verificar a variação do volume do ar contido dentro de uma lata através do deslocamento de água numa mangueira ligada à lata. Quando a lata é aquecida, o ar de dentro dela também é. O ar ao ser aquecido dilata (aumenta seu volume) precisando ocupar um espaço maior. Existe uma proporção entre o deslocamento da água na mangueira e a variação do volume do ar. O inverso pode ser feito esfriando a lata (colocando gelo em volta, por exemplo) e observando a água na mangueira.

Material

1. Uma lata de leite em pó vazia
2. Uma mangueira de equiposoro => o equiposoro serve para controlar o fluxo de soro e é encontrado em farmácias
3. Durepox
4. Fita crepe => ou qualquer outra fita adesiva que não descole ao ser molhada
5. Uma régua de 50 centímetros

Montagem

Faça um furo com o mesmo diâmetro da mangueira na tampa da lata.

Desmonte o aparelho de equiposoro deixando apenas o que está na figura abaixo.

Coloque a parte 2 da mangueira no furo.

Vede a borda ao redor do furo, e também da tampa, com durepox.

Cole a mangueira numa régua com fita crepe. A mangueira deve formar uma curva numa das estremidades da régua. Na curva, a mangueira não pode dobrar-se.

Para colocar água na curva da mangueira, encha um copo com água (de preferência colorida). Coloque uma das pontas da mangueira dentro da água e puxe o ar de dentro da mangueira com a boca pela outra ponta.
Encaixe a magueira na borracha que está fixada na lata.
Segure a lata com as duas mãos (para esquentá-la) e observe a água subindo na mangueira.
Solte a lata e observe a água descendo na mangueira enquanto a lata esfria.

Comentários

A lata deve ficar bem vedada, de tal modo que o ar saia somente por dentro da mangueira.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Termologia

• Termologia

PROPAGAÇÃO DE CALOR POR IRRADIAÇÃO

Objetivo

Mostrar que ocorre transmissão de calor por irradiação.

Contexto

O calor (energia térmica), sempre que houver desequilíbrio de temperatura, propagará de um lugar de maior temperatura para outro de temperatura menor. Por exemplo, quando colocamos uma panela com água no fogo para esquentar, podemos observar a propagação de calor de três modos diferentes. Por condução: o calor do fogo se propaga para a panela que está em contato com ele; este calor se propaga também por condução para a água, que está em contato com a panela. Por convecção: a água que está em contato com o fundo da panela se aquece, sua densidade diminui (fica mais leve) e ela sobe, enquanto a água fria da superfície (mais pesada) desce para o fundo. Por irradiação: se tiramos a panela do fogo e aproximamos a mão de seu fundo, sentiremos um aumento de temperatura. Quando estamos na luz do sol também podemos perceber a irradiação de calor, pois sentimos o calor irradiado do Sol. Como sabemos, entre a Terra e o Sol não existe matéria (chama-se a ausência de matéria de "vácuo"). Logo, o calor do Sol, não chega até a Terra por condução através de algum tipo de material. Nem por convecção, pois este tipo de transporte de calor também exige o transporte de matéria. A este processo de transferência de calor na ausência de matéria chamamos de "irradiação". Em geral, todas as coisas irradiam calor. No entanto, a irradiação de uns é maior que a de outros, devido ao fato de ter a temperatura mais alta. O calor em forma de radiação se propaga até encontrar matéria, que poderá absorvê-lo. São exemplos o ar aquecido pela luz solar (que é o mais importante dos fenômenos responsáveis pelas variações de temperatura do meio ambiente) e a pele aquecida pela radiação do fogo.

Idéia do experimento

A idéia é mostrar que existe irradiação de calor produzida pela chama de uma vela. Para isso chega-se a mão próximo e ao lado da chama da vela e sente-se o aumento de temperatura na mão. Excluí-se a possibilidade da energia térmica chegar até a mão pelo ar por condução ou convecção , pois o ar é mau condutor de calor e o ar aquecido sobe em vez de ir para os lados ou para baixo. Logo, concluí-se que o calor chegou até a mão por irradiação.

Material

1. Uma vela
2. Fósforo => para acender a vela

Montagem

Acenda a vela e a fixe em algum local.
Chegue a mão próximo e ao lado da chama da vela e sinta a temperatura da mão aumentar.

Comentários

Tanto pelos lados, como por baixo, o efeito de aquecimento principal é o calor proveniente da irradiação.
Pode-se passar rapidamente a mão numa região imediatamente acima da chama; observa que o aquecimento é bem maior, pois além da irradiação, também existe a propagação de calor pela convecção do ar.
Não encoste a mão na chama.

Esquema de montagem

Abraços
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Termologia

• Termologia

PROPAGAÇÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO - 2

Objetivo

Mostrar como ocorre transmissão de calor por convecção num gás sob aquecimento.

Contexto

Como o vento se forma? A resposta está na propagação de calor por convecção. A palavra convecção, de acordo com o dicionário Aurélio, significa "processo de transmissão de calor que é acompanhado por um transporte de massa". A convecção num gás ocorre quando a parte de baixo é aquecida, sua densidade diminui (fica mais leve) e ela sobe (sofre um empuxo, Princípio de Arquimedes), enquanto que o ar frio, portanto com densidade maior (mais pesado), desce para ocupar o lugar do ar que subiu; desse modo a energia témica vai se espalhando por todo o gás. No caso da formação dos ventos ocorre um processo semelhante, sendo que o calor que aquece as massas de ar é o calor irradiado do sol que aquece a superfície da Terra, aquecendo, assim, o ar que está em contato com a superfície. O vento se forma nos movimentos realizados pelas massas de ar quente e fria. O relevo da crosta terrestre também influencia nos ventos à baixa altitude, pois o movimento do ar tem que seguir seu contorno.

Idéia do experimento

A idéia é mostrar que o ar aquecido pela chama de uma vela se movimenta. Visto que o ar aquecido pela chama da vela sobe, então coloca-se um cata-vento leve acima da chama da vela e observa-se o cata-vento girar devido ao movimento de massas de ar aquecidas pela chama.

Material

1. Uma latinha de refrigerante => para fazer o cata-vento
2. Estilete ou tesoura => para cortar a latinha
3. Cerca de 50 cm de linha de costurar roupas => para sustentar o cata-vento sobre a vela
4. Compasso => para desenhar a forma circular do cata-vento
5. Régua => para auxiliar no desenho do cata-vento
6. Vela => para aquecer o ar
7. Fósforo => para acender a vela

Montagem

Faça dois cortes: um retirando a parte superior e outro retirando a parte inferior da latinha.

Após retirar as extremidades da latinha, restará um cilindro. Faça um corte na lateral do cilindro para transformá-lo em um retângulo. Em seguida divida o retângulo em duas partes (dois quadrados).

Com a ponta de metal do compasso, faça um furo no centro do quadrado. Coloque a ponta de grafite no furo e risque um círculo com a ponta de metal no quadrado de latinha.
Coloque o quadrado que tem o círculo marcado em cima do outro quadrado de lata. Isso é para não cortar a carteira ou mesa que se está usando como apoio para fazer os cortes. Ou pode-se colocar o círculo sobre um papelão para fazer os cortes com estilete.
Recorte o círculo.
Usando a régua e o estilete faça riscos conforme a figura abaixo. Não aperte muito o estilete para não cortar a lata.

Faça cortes com o estilete nas marcas feitas anteriormente, deixando um espaço de cinco milímetros entre o furo do centro e o corte.
Torça cada uma das partes do mesmo modo, tal que resulte a roda de um catavento.

Afine a ponta de um palito de fósforo com o estilete.
Encaixe a ponta afinada do palito no furo do cata-vento e amarre a linha de costura no palito.

Acenda a vela e a fixe em algum lugar.
Segurando o cata-vento pela linha, o suspenda a cerca de quinze centímetro sobre a vela.
Observe o cata-vento girar.

Comentários

Para fixar a vela pode-se usar o método tradicional de pingar algumas gotas de cera derretida da vela e colocá-la em cima.
Não aproxime muito o cata-vento da vela, senão pegará fogo no palito de fósforo e na linha.
O cata-vento esquentará, portanto não toque nele logo após tirá-lo de cima da chama da vela.
Para desenrolar a linha, basta segurar o cata-vento e deixar a linha livre.
Pode-se fazer os cortes mais facilmente usando-se uma tesoura. Porém, a tesoura perde o fio.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Termologia

• Termologia

PROPAGAÇÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO - 1

Objetivo

Mostrar como ocorre transmissão de calor por convecção num líquido sob aquecimento.

Contexto

Ao olhar para água fervendo, temos a impressão que ela está pulando dentro da panela, ou seja, a movimentação da água fica bastante visível. Porém a movimentação não ocorre apenas quando a água está fervendo; a movimentação ocorre durante todo o aquecimento. Quando a água está fervendo ela faz convecções tão rápidas que podemos vê-las. Convecção significa "processo de transmissão de calor que é acompanhado por um transporte de massa", de acordo com o dicionário Aurélio. A água, assim como os demais fluidos, sofre convecção durante o aquecimento porque a parte aquecida, que em geral é a parte de baixo, fica mais leve (passa a ter menor densidade) do que as demais partes. Então a parte aquecida sobe, enquanto que outra desce para ocupar o lugar da que subiu.

Idéia do experimento

A idéia é mostrar que ocorre convecção em um líquido dentro de um copo quando ele é aquecido. Para isso coloca-se um pouco de leite no fundo de um copo d'água e aquece-se o fundo do copo com uma vela. Aquela porção de leite que está no fundo do recipiente e, consequentemente mais próximo da chama que o aquece, é aquecido primeiro. O leite aquecido fica mais leve que uma mesma quantidade de água não aquecida que está acima dele. Isso faz com que a parte aquecida suba e a parte não aquecida desça. Como o leite contrasta com a água, então dá para ver o leite se movimentando junto com a água enquanto se mistura com ela. Observando o movimento do leite, temos uma noção de como a água sofre convecção enquanto é aquecida.

Material

1. Um copo americano => copo deve ser transparente
2. Um recipiente para colocar o leite => pode ser qualquer frasco ou até mesmo um copo
3. Um canudinho de beber refrigerante => de preferência transparente
4. Água => um copo de água
5. Leite líquido => que seja suficiente para encher o canudinho
6. Uma vela => para aquecer o copo
7. Fósforo => para acender a vela

Montagem

Encha um copo com água e coloque o leite no outro recipiente.

Coloque o canudo dentro do recipiente e puxe o leite com a boca de acordo com o passo 1 da figura abaixo.
Rapidamente solte o canudinho da boca e o tape com o dedo de acordo com o passo 2 da figura abaixo.
Retire o canudo de dentro do copo tampando a sua ponta com o dedo (ver passo 3 da figura abaixo).
Coloque o canudo com o ponta tapada dentro do copo cheio de água, solte sua ponta e retire lentamente o canudo de dentro do copo. Ver os passos 3 e 4 da figura.


Acenda a vela e a fixe em algum lugar.
Segure o copo que está com água e leite e aproxime o fundo do copo da chama da vela.
Aguarde alguns instantes, enquanto o fundo do copo se aquece e veja o resultado.

Comentários

Não coloque o fundo do copo diretamente dentro da chama da vela.
Para fixar a vela pode-se usar o médoto tradicional de pingar algumas gotas de cera derretida da vela e colocá-la em cima.

Esquema de montagem


Abraços
Dayvidson Siqueira

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Experiência de Termologia

• Termologia

Propagação de calor por condução

Objetivo

O objetivo do experimento é mostrar a propagação de calor por condução utilizando um bom e um mau condutor de calor.

Contexto

A propagação de calor pode ocorrer de três modos: por condução, convecção e irradiação. Enquanto a propagação por irradiação se dá mesmo na ausência de matéria (vácuo), a propagação por condução exige o contato entre os objetos que trocarão calor e a propagação por convecção envolve a movimentação da matéria. Quando colocamos uma panela com água no fogo para esquentar, podemos observar a propagação de calor dos três modos. Por condução: o calor do fogo se propaga para a panela que está em contato com ele; este calor se propaga também por condução para a água, que está em contato com a panela. Por convecção: a água que está em contato com o fundo da panela se aquece, sua densidade diminui (fica mais leve) e ela sobe, enquanto a água fria da superfície (mais pesada) desce para o fundo. Por irradiação: se tiramos a panela do fogo e aproximamos a mão de seu fundo, sentiremos um aumento de temperatura. O calor sentido não chegou por condução (pois não havia contato) nem por convecção (pois o ar quente sobe), pois a radiação independe da existência ou movimentação de matéria para se propagar. Outro exemplo de propagação por irradiação é a energia térmica do sol, que chega até nós pela propagação através do espaço, que é quase um vácuo perfeito. Neste experimento veremos a propagação de calor por condução e também a resistência oferecida à esta propagação por dois materiais diferentes: um fio elétrico e um palito de madeira.

Idéia do experimento

A idéia é mostrar a propagação de calor por condução através de dois materiais diferentes: um fio elétrico, que conduz bem o calor, e um palito de madeira, que conduz mal o calor. Para isso pingamos gotas de vela com espaçamento constante no fio e no palito. Em seguida aquecemos uma das extremidades do fio. As gotas de vela vão se derretendo conforme o fio vai se aquecendo. Ou seja: conforme o calor vai se propagando no fio, as gotas de vela vão se derretendo. O mesmo não acontece quando aquecemos uma das extremidades do palito, pois a madeira não conduz calor tão bem quanto o metal. Portanto, quando se aquece uma das extremidades do palito, as gotas de vela não derreterão do mesmo modo como derreteram quando o fio foi aquecido.

Material

1. Fio de cobre => fio elétrico de aproximadamente 15 centímetros de comprimento e de 2 ou 3 milímetros de diâmetro
2. Palito de madeira => de dimensões similares ao fio elétrico; em algumas regiões do país encontra-se na forma de espetinhos para churrasco.
3. Vela => vela comum
4. Fósforo ou isqueiro => para acender a vela
5. Lata => lata de refrigerante
6. Prego e martelo => para furar a lata
7. Papel alumínio => para enrolar o local onde o fogo entrará em contato com o palito de madeira

Montagem

Faça um furo próximo à borda superior da lata de tal forma que o palito e/ou fio passe pelo furo.
Pingue algumas gotas de vela sobre o fio, com espaçamentos aproximadamente iguais.
Espere alguns segundos para que a parafina (vela) endureça sobre a superfície do fio.
Acenda a vela na extremidade do fio.
Após alguns segundos percebe-se o resultado: a parafina começará a derreter, começando do ponto mais próximo de onde está sendo aquecido até a outra extremidade.
A seguir repita o procedimento acima para o palito.

Comentários

Se a lata não parar em pé devido ao peso do fio, coloque água ou areia dentro da lata para equilibrar o peso.
Tenha cuidado ao manusear a vela quando acesa.
Se vela for maior do que a lata, então corte um pedaço dela para que fique do mesmo tamanho da lata.
Utilize uma folha de papel sulfite ou similar por baixo do esquema do experimento para que a parafina não suje a mesa que está sendo utlizada.
Ao realizar a experimento com o palito, cubra com papel alumínio a parte que estará em contato com a chama para evitar que esta pegue fogo.
Durante a execução, ou no término do experimento, nunca toque na superfície do fio, pois esta estará aquecida podendo causar queimaduras.
Os pingos de vela são usados para que não seja necessário a utilização do tato para sentir a propagação de calor.
Pode-se fazer este experimento com duas latas, aquecendo o fio e o palito ao mesmo tempo.

Esquema de montagem

Abraços
Dayvidson Siqueira

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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

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