Relatório de experiências sobre a transmissão de calor

Introdução

O presente trabalho surge na cadeira de laboratório de termodinâmica e tem como objetivos estudar a influência da pressão na ebulição da água, analisar a transmissão de calor em substâncias como água e ar no interior de um balão, e ferver a água a uma temperatura menor que o ponto de ebulição.

O trabalho apresenta o desenvolvimento de quatro partes. A primeira parte está desenvolvida na experiência 1, que abordou o estudo da sensação térmica a partir de três bacias de água com temperaturas diferentes: água gelada, água à temperatura ambiente e água quente. A segunda parte desenvolveu-se na experiência 2, que estudou a transmissão de calor e a influência de substâncias na transmissão de calor (ar e água no interior de um balão). Na terceira parte temos a experiência 3, que estudou a propagação de calor em três copos iguais, mas com materiais diferentes. Por último, a experiência 4 estudou o fenômeno de ferver água sem atingir o ponto de ebulição.

A concretização deste trabalho foi possível através dos guiões de experiências disponibilizados pelo docente da cadeira e com auxílio de material bibliográfico.

Formulação teórica

Calor é a energia transferida de um sistema para outro somente em virtude da diferença de temperaturas entre eles (MARIA TERESA, 1998:54).

Temperatura é a propriedade que determina se o sistema está ou não em equilíbrio térmico com os outros (ponto macroscópico).

As propriedades macroscópicas descrevem o comportamento dos sistemas a partir de um pequeno número de propriedades (pressão, volume, temperatura, massa, concentração, energia interna etc.), ou seja, estados variáveis. Já as propriedades microscópicas descrevem o comportamento usando valores de velocidade, energia cinética e potencial, massa e todas as partículas, utilizando conceitos estáticos.

Pressão é uma grandeza física escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo ser líquido, gasoso ou mesmo sólido. Sua unidade no sistema internacional é o Pascal (Pa).

A Lei Zero da Termodinâmica afirma que se dois corpos A e B estão, separados, em equilíbrio térmico com um sistema C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

Experiência 1: Sensação Térmica

Materiais

• Três bacias iguais, mas de cores diferentes
• Água gelada, morna e quente (quantidades suficientes para encher as bacias)
• Uma placa de aquecimento

Procedimento

1. Encher as três bacias de água: a primeira com água gelada, a segunda com água à temperatura ambiente e a terceira com água quente.
2. Inicialmente, colocar as mãos na bacia do meio.
3. Em seguida, colocar a mão direita na água gelada e a mão esquerda na água quente, mantendo-as mergulhadas por cerca de 30 segundos.
4. Retirar as mãos e colocá-las ao mesmo tempo dentro da bacia do meio.
5. Descrever a sensação em cada uma das mãos ao mergulhá-las na água à temperatura ambiente.

Análise e discussão dos resultados

• A mão esquerda que sai de morna para gelada sente a sensação de frio na água gelada.
• A mão direita de morna para quente sente uma sensação de calor.
• A mão esquerda de gelada para morna sente sensação de calor.
• A mão direita de quente para morna sente sensação de frio.

Conclusão

Depois da experiência explanada, cada mão comporta a sua sensação. A mão esquerda, saindo da água morna para fria, sente a sensação de quente na água morna. No segundo caso, a mão direita na água morna para água quente sempre sentirá o aumento de temperatura de morna para quente, e de quente para morna não sentirá a sensação de frio, mas sim a diminuição da temperatura.

Experiência 2: Transmissão de calor

Materiais

• Dois balões
• Fósforos
• Água

Procedimento

1. Encher um balão e dar um nó em sua abertura.
2. Acender um fósforo e colocá-lo debaixo do balão cheio de ar. Fazer a descrição do que aconteceu.
3. Pegar outro balão e colocar um pouco de água em seu interior.
4. Acender outro fósforo e colocá-lo debaixo do balão. Fazer a descrição do fenômeno, verificar o tempo que leva para arrebentar e por quê.

Análise e discussão dos resultados

• O balão cheio de ar, ao colocar o fósforo aceso, não resiste e arrebenta logo.
• O balão com água leva alguns segundos para arrebentar.

Para ambos os casos, o balão faz parte e mantém suas propriedades constantes. A diferença está na substância que está no interior. Como o ar é volátil, fragiliza o balão. A chama enfraquece a borracha e faz com que não aguente a pressão exercida pelo ar contido no balão. Diferentemente da água, que absorve maior quantidade de calor fornecido pela chama, não deixando que a temperatura da borracha aumente muito. Assim, a borracha não enfraquece o suficiente para não aguentar a pressão exercida pelo ar. A água tem boa capacidade calorífica.

Conclusão

Neste trabalho, abordou-se a experiência de transmissão de calor em dois balões, um com ar e outro com água, colocando uma chama por baixo de cada um deles para verificar qual dos dois balões arrebentaria com maior facilidade. Concluiu-se que o ar dentro do balão fragiliza a borracha do balão, fazendo com que este não aguente a pressão exercida pelo ar.

No segundo caso, o balão contendo água em seu interior absorve a maior quantidade de calor fornecido, oferecendo maior resistência da borracha do balão, fazendo com que a temperatura da borracha não aumente muito. Isso acontece porque a água tem maior capacidade calorífica comparativamente com o ar.

Desta feita, foram cumpridos todos os objetivos que tinham sido propostos. O trabalho foi muito importante para o aprofundamento deste tema, uma vez que, além de permitir o desenvolvimento das competências, serviu de motivação para a realização de mais experi

Citations: [1] https://instel-pmoc.com.br/glossario/o-que-e-transmissao-de-calor/ [2] https://www.institutosc.com.br/web/blog/formas-de-transmissao-do-calor [3] https://www.youtube.com/watch?v=CgQyQd8_AQM [4] https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-propagacao-calor.htm [5] https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-fourier.htm [6] https://www.todamateria.com.br/propagacao-de-calor/ [7] https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/radiacao-conducao-conveccao.htm [8] https://www.alutal.com.br/br/wiki/temperatura/02-transmissao-de-calor/