A mesma quantidade de agua em recipeintes diferentes

DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR - 2

Objetivo

Introduzir os conceitos de calor e temperatura, mostrando a diferença entre ambos.

Contexto

No dia-a-dia estamos constantemente entrando em contato com objetos ou ambientes onde podemos ter a sensação de quente ou frio, percebendo diferentes temperaturas. E é comum usarmos as palavras calor e temperatura sem deixar claro a diferença existente entre as duas. Algumas expressões podem até apresentar as palavras com seus conceitos trocados, como no caso da expressão "como está calor hoje!" onde se usa a palavra calor para expressar a temperatura do ambiente. A partir disso se deduz que as sensações de quente e frio que temos também não são sensações de calor e sim de temperatura. Na verdade, temperatura de um objeto ou meio é a medida de o quanto estão agitados seus átomos e moléculas, enquanto que calor, ou energia térmica, é a quantidade de energia envolvida nessa agitação molecular. Para entender melhor, façamos uma analogia com duas piscinas, onde relacionamos o volume de água com calor e o nível da água nas piscinas relacionamos à temperatura. Duas piscinas de mesma profundidade e de tamanho diferentes podem ter o mesmo nível de água. Porém, obrigatoriamente, terão volumes diferentes de água. Podemos concluir que dois objetos com a mesma temperatura podem possuir quantidades diferentes de calor.

Idéia do experimento

A idéia é colocarmos a mesma quantidade de gelo em 2 recipientes com quantidades diferentes de água na mesma temperatura; chamamos de A o recipiente com mais água e de B aquele com menos água. Após algum tempo, o recipiente B terá atingido uma temperatura menor do que a do recipiente A. Supondo que o gelo absorve a mesma quantidade de calor nos dois recipientes, deduz-se que a água do recipiente B perde a mesma quantidade de calor que a água do recipiente A. Como a quantidade de água do recipiente B é menor, tem-se ali um número menor de moléculas de água. Isto explica o fato da temperatura ser menor: individualmente, cada molécula ficou com menos calor, ou seja, ficou menos agitada. E isto é coerente com o conceito de temperatura: ela mede apenas o estado de agitação de cada molécula.

Tabela do material

Item	Observações
2 recipientes	Podem ser garrafas de plástico de 2 litros usadas para engarrafar refrigerante
1 copo de tamanho médio
Três copos de água
8 cubos de gelo
Uma colher de sopa
Estilete

Montagem

Corte duas garrafas de refrigerante em uma altura acima do meio

Coloque um copo de água em um recipiente e dois copos de água no outro.

Coloque quatro cubos de gelo dentro de cada recipiente.
Espere cerca de dois minutos e retire com a colher o gelo que ainda sobrar.
Coloque uma mão dentro de cada recipiente.

Comentários

Se troca-se as mãos de vasilha constantemente, sente-se melhor a diferença de temperatura entre ambas.

Esquema de montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

TMO/FCL

Vasos comunicantes são recipientes geralmente em formato de U que são utilizados para analisar as relações entre as densidades de líquidos imiscíveis e executar estudos sobre a pressãoexercida por líquidos.

Lei de Stevin

A lei de Stevin propõe que a pressão exercida por um líquido depende apenas da densidade do líquido, da aceleração da gravidadee da altura da coluna de líquido existente acima do ponto analisado.

A lei de Stevin pode ser usada para determinar a pressão exercida pela água sobre o ponto P na figura acima.

P = Pressão no ponto P (pa);
PATM = Pressão atmosférica (pa);
d = Densidade do líquido (kg/m3);
g = Gravidade (m/s2);
H = Altura da coluna de líquido acima do ponto analisado.

Por intermédio da lei de Stevin, pode-se observar que a pressão exercida por um líquido não depende do formato ou do volume do recipiente no qual ele se encontra e que pontos de mesma altura possuem mesma pressão. A imagem a seguir mostra um sistema de vasos comunicantes formados por recipientes de formas e volumes diferentes.

Repare que a altura da coluna de líquido e o tipo de líquido são exatamente iguais para os três recipientes. Sendo assim, pode-se concluir, por meio da lei de Stevin, que as pressões exercidas nos pontos 1, 2 e 3 são exatamente iguais (P1 = P2 = P3).

Mistura de líquidos

Quando dois líquidos imiscíveis são colocados em um recipiente em formato de U, pode-se aplicar a lei de Stevin para estabelecer uma relação entre as densidades e as alturas das colunas de líquido. Na imagem a seguir, dois líquidos com densidades D1 e D2 foram colocados em um recipiente. As alturas das colunas de líquido são proporcionais às densidades dos fluidos.

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Aplicando a lei de Stevin e sabendo que pontos de mesma altura possuem mesma pressão, teremos:

Conclui-se que o produto das densidades pela altura da coluna de líquido deve ser igual para cada um dos fluidos dentro do recipiente. A igualdade será mantida se o líquido de menor densidade possuir a maior altura e vice-versa.

Exemplo

(Uncisal) Em um laboratório, as substâncias são identificadas no rótulo pelo nome e por algumas propriedades químicas. No intuito de descobrir qual a substância armazenada num frasco no qual o rótulo foi retirado, um estudante aplicado de física propôs um experimento. Foram colocados em um sistema constituído por vasos comunicantes o líquido desconhecido e álcool. Como são líquidos imiscíveis, é possível estimar a densidade do líquido medindo a altura das colunas líquidas a partir da superfície de separação desses líquidos. Esses valores são mostrados na figura a seguir. Consultando a tabela com os valores das densidades de alguns líquidos, disponível nesse laboratório, é provável que o líquido desconhecido seja

a) a nitroglicerina.

b) o hexano.

c) o mercúrio.

d) a água.

e) o benzeno.

Por meio da lei de Stevin para o caso dos vasos comunicantes, vimos que o produto da densidade pela altura da coluna de líquido deve ser igual para os dois líquidos. Portanto, podemos escrever:

Conclui-se que o líquido desconhecido é o benzeno.

Por Joab Silas
Graduado em Física