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terça-feira, 6 de março de 2012

FÍSICA - DISSIPAÇÃO TÉRMICA (TERMOLOGIA)


Objetivo
Mostrar que durante o aquecimento de um material, ocorre dissipação de energia térmica.

Contexto

O que determina a temperatura de um material é a quantidade de energia térmica que o material possui. Fornecendo mais energia térmica para o material, sua temperatura aumenta. 
A chama de uma vela é uma fonte contínua de energia térmica enquanto a vela estiver acesa. 
Então, se colocamos um objeto próximo à chama ou na chama da vela, este objeto está recebendo energia térmica continuamente. 
Portanto sua temperatura deveria aumentar continuamente enquanto houver fornecimento de energia térmica para o objeto. 
No entanto, se colocamos um pedaço de ferro na chama de uma vela, a temperatura do pedaço de ferro não aumentará continuamente, pois se isso ocorresse aconteceria a fusão do ferro, assim como ocorre a fusão do gelo quando sua temperatura aumenta além de zero graus Célcius. 
O que acontece é que sempre que houver desequilíbrio de temperatura, a energia térmica se propagará de um lugar de maior temperatura para um lugar de menor temperatura. 
É por isso que a barra de ferro colocada na chama da vela não se aquece continuamente, pois a energia térmica se dissipa pelo ambiente que possui uma temperatura menor que o ferro aquecido. 
No coditiano há situações em que precisamos conter a dissipação de energia térmica pelo ambiente. 
É o caso das garrafas térmicas e das roupas de lã que usamos no inverno. 
Há outras situações em que precisamos que a energia térmica seja dissipada pelo ambiente, como no caso dos motores dos carros, em que há a necessidade de sistemas de refrigeração para que a temperatura do motor não aumente a ponto de ocorrer a fusão das peças do motor.

Idéia do experimento

A idéia é mostrar que um objeto não mudará de estado físico se houver dissipação de energia térmica. Para isso usa-se dois copos descartáveis de plástico. 
Chega-se os copos próximo à chama de uma vela. 
Primeiro um vazio e depois o outro com água. 
Observa-se que o copo vazio derrete rapidamente, enquanto que o com água não derrete. 
No segundo caso, a energia térmica que passa da chama para o plástico do fundo do copo com água é dissipada para a água. 
Quando começa a formar bolhas no fundo do copo, nos lugares onde estão as bolhas não há dissipação de energia térmica e o plástico derrete, formando furinhos no lugar onde estão as bolhas.
 A água dissipa o calor que o copo recebe e por isso o copo com água não derrete, com exceção dos pontos onde as bolhas se formaram.
Tabela do material
 
Item Observações
Dois copos descartáveis de plásticode tamanho grande
Um pouco de água para ser aquecida
Uma velapara aquecer o copo
Uma caixa com palitos de fósforopara acender a vela
Montagem
  • Acenda a vela e a fixe em algum local.
  • Segure um dos copos de plástico vazio acima da chama da vela, de modo que o fundo do copo não encoste na chama. Ver passo 1 na figura abaixo.
  • Observe a velocidade com que o plástico derrete.
  • Coloque água no outro copo até cerca de cinco milímetros de de altura.
  • Segure o copo com água acima da chama da vela, de modo que o fundo do copo fique fora da chama (na mesma posição do copo vazio). Ver passo 2 na figura abaixo.
  • Espere até a água começar a ferver.
  • Observe que o plástico no lugar onde se forma uma bolhinha começará a derreter, formando furinhos.
Comentários
  • O copo deve ser de tamanho grande devido ao tamanho da área do fundo do copo. Pois se a área for pequena haverá aquecimento em excesso do resto do copo, fazendo com que ele se deforme.
  • Para melhor visualizar a distância entre o fundo do copo e a vela durante o aquecimento, fixe a vela numa mesa e fique agachado, mantendo o fundo do copo na altura dos olhos.
  • Os gases não são bons condutores de energia térmica, por isso praticamente não há dissipação de energia térmica no lugar onde se formam as bolhinhas.
  • Durante a ebulição da água as bolhas que se formam são de vapor.
Esquema de montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

TMO/FCL

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