NAVEGAÇÃO



  Temperatura:Conceitos e Avaliação(I)

  Temperatura:Conceitos e Avaliação(II)

  Dilatação Térmica

  Cinética de Gases

  Gás Ideal

  As Leis da Termodinâmica



 

Termodinâmica


As primeiras experiências com respeito ao que chamamos "calor" devem ter sido realizadas pelo "homem das cavernas", afinal de contas ele descobriu como fazer "fogo" para se aquecer e como usá-lo para se alimentar.

As noções de "quente" e "frio" são inatas no homem, e a "temperatura" do ambiente se registra e assinala no cérebro por meios dos milhões de terminais nervosos que têm extremidades em nossa pele humana.

Entretanto, a resposta humana às sensações de "quente" e "frio" são enganosas - um homem com os olhos vendados não pode dizer se sua mão é queimada pelo contato com um pedaço de ferro aquecido ao rubro, ou congelada por um pedaço de gelo seco.

O calor um fluido?


O conceito de calor, embora não muito bem definido, é conhecido desde tempos imemoriais. O historicamente, o primeiro a falar do calor como uma definida entidade física, cuja quantidade se pode medir, como medimos uma quantidade de água, foi provavelmente um médico escocês, chamado James Black ( 1728 - 1799 ), interessado por física e química.

Considerava o calor como um fluido imponderável, chamado "calórico", que podia penetrar todos os corpos materiais aumentando sua temperatura. Observando que ao misturar um volume de água quente com igual volume de água fria, observou que a temperatura da mistura era exatamente igual à a média das temperaturas iniciais, e interpretou este fenômeno dizendo que o excesso de "calórico" da água quente se reparte por igual entre as duas porções.

Nota

- provavelmente, Galileu Galilei foi o primeiro a inventar um instrumento científico capaz de medir temperatura, em 1592!. A invenção de semelhante aparelho também é atribuída ao hermetista Robert Fludd, ao físico holandes Cornelius Drebbel, ou o físico italiano Santorio Santorio.


*****

Black introduziu a noção de "capacidade calorífica" para diferentes materiais, caracterizada por uma quantidade de calor necessária para elevar em um grau a temperatura do sistema.

Para ele, o "calor latente" era o calor necessário para converter o gelo en água gelada, ou a água fervendo em vapor dágua. Pensava que acrescentando certa quantidade do fluido imponder;avel do calor a um pedaço de gelo, este perdia sua estrutura, convertendo-se em líquido, e que de modo semelhante, acrescentando mais calor a ;agua quente, esta perdia sua estrutura até converter-se em vapor.

O calor é movimento.

A idéia de que o calor seja uma espécie de movimento interior aos corpos, e não uma substância especial como alguns acreditaram, surgiu pela primeira vez com um soldado profissional, e foi desenvolvida numa fábrica de canhões.

Benjamin Thompson , nasceu em Massachusetts, e participou da Guerra da Indepência. Adotando a nacionalidade inglesa, veio a ser subsecretário de Estado. Foi ministro da guerra na Baviera e recebeu o título de conde de Rumford. Era interessado por problemas científicos e pela natureza do calor.

Thompson não estava convencido de que o calor era uma substância, que unida ao gelo, produzia água, ou que era liberada em distintos processos de combustão. Sua dúvida era o fato de que o calor se "produzia do nada", mediante fricção, que não tem nada a ver com transformação química.

Ao observar a perfuração de canhões na fábrica de munições em Munich, se perguntava porque o ferro se aquecia tanto. Examinou a possibilidade de que os corpos materiais tivessem uma capacidade maior para o fluido calórico quando constituem um bloco sólido do que quando estão reduzidos a pequenos fragmentos, o que explicaria o desprendimento de calor durante a perfuração do canhão, porque se produzia grande quantidade de limalhas de metal.

Thompson mediu a capacidade calorífica de um bloco de metal sólido e de um mesmo peso de limalhas de metal, encontrando exatamente o mesmo resultado. Tentou encontrar o peso do "fluido calórico", pesando um corpo quente, e após resfriado, mas o resultado foi nulo.

Tudo isto o levou a concluir que o calor não pode ser uma substância ordinária, senão alguma coisa em movimento. "O que é o calor? - escreve - Não pode ser uma substância material. Me parece difícil, senão absolutamente impossível, imaginar que o calor seja outra coisa que aquilo que na perfuração do canhão, estava sendo realizado, continuamente, no pedaço de metal quando o calor aparecia, a saber, movimento."

O Equivalente Mecânico do Calor.

As idéias de Rumford foram desenvolvidas algumas décadas após pelo físico alemão Julius Robert Mayer no seu livro "Observações Sobre As Forças Da Natureza Inanimada" ( 1842 ).

Mayer dispôs uma experiência em uma fábrica de papel, onde a polpa contida em uma grande caldeira era removida por um mecanismo impulsionado por um cavalo que girava em círculo. Medindo a elevação de temperatura da polpa obteve uma medida numérica da quantidade de calor produzida por uma certa quantidade de trabalho mecânico efetuado pelo cavalo. A prática médica, impediu Mayer de realizar experimentos mais precisos.

James Prescott Joule, inglês, mediu exatamente o equivalente mecânico do calor. Seu aparato experimental consistia de um recipiente cheio de água, que tinha um eixo giratório com várias palhetas. A água do recipiente não podia girar livremente ao mesmo tempo que as palhetas, devido a um sistema especial inserido nas paredes do recipiente, que aumentava a fricção interna.

O eixo com as palhetas era movido por um peso suspenso através de uma polia, e o trabalho efetuado pelo peso em sua descida era transformado em calor de atrito transferido para a água. Conhecendo a quantidade de água no recipiente e medindo a elevação de temperatura, Joule podia calcular a quantidade total de calor produzido. Por outro lado, o produto do peso impulsionador pela distância percorrida em sua descida, era equivalente ao trabalho mecânico.

Repetindo o experimento várias vezes, em diferentes circunstâncias, Joule estabeleceu que há uma relação de proporcionalidade direta entre o trabalho realizado e o calor produzido.

Em 1843, escrevia "O trabalho realizado por um peso de uma libra que desce 772 pés, em Manchester, se é empregado na produção de calor por fricção na água, elevará a temperatura de uma libra de água em um grau Fahrenheit". É esta quantidade que se usa universalmente, para traduzir a energia térmica em energia mecânica, ou vice-versa. Hoje estabelecida como "caloria" .




Creative Commons License
Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons.


©1998-2017 FisicaBR Web Site