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.
| Item | Observações |
| Dois copos descartáveis de plástico | de tamanho grande |
| Um pouco de água | para ser aquecida |
| Uma vela | para aquecer o copo |
| Uma caixa com palitos de fósforo | para acender a vela |
- 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.
- 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.
TMO/FCL
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