Atividades Experimentais

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.

Material:

* 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

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: