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.
| Item | Observações |
| Uma latinha de refrigerante | |
| Uma vasilha | Deve ter tamanho suficiente para caber dentro dela uma latinha de refrigerante e ainda sobrar espaço . |
| Água | |
| Pano de prato | Para segurar a latinha de alumínio quando ela estiver quente |
| Estilete | Para cortar a latinha de refrigerante |
| Uma lamparina | Ver anexo 1 |
| 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.
- 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.
LAMPARINAS E SUPORTES
Tabela do material
| Item | Observações |
| 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 |
| Estilete | |
| 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.
- 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
TMO/FCL
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