15/11/12

Texto apresentado aos estudantes:

Porque o metal ao ser atritado aquece?

     Foi esta a pergunta que se fez Benjamin Thompson, o conde Rumford, que na época trabalhava para o governo da Baviera, como supervisor na fabricação de canhões para o Exército.   Esse trabalho era executado cavando-se um orifício no interior de um cilindro maciço. Durante o processo, o ferro se aquecia, e para arrefecê-lo o orifício era então mantido cheio de água. Mas a água fervia, precisando ser periodicamente substituída. Como ciência, o calor foi inicialmente considerado como uma substância que desprendia de um corpo e passava para outro. O primeiro a trazer este conceito acredita-se ter sido Tales de Mileto (624 a.C.-558 a.C.). Este conhecimento foi transmitido por seus sucessores: Platão, (427-347 a.C.), Aristóteles (384-322 a.C.), Galeno (129-200 d.C.), Gassendi (1592-1627 d.C.) e Boyle (1627-1691 d.C.). 

     Em 1760, o químico francês Antonie Lavoisier associado ao físico escocês Joseph Black é que introduziu o termo “calórico” para esta substância e estabeleceu a base da calorimetria, atribuindo à existência de um fluido indestrutível em todos os corpos o qual era responsável pela ocorrência do correspondente fenômeno de aquecimento e resfriamento dos corpos. Baseado neste conceito, um corpo só se aquecia se estivesse em contato com um corpo que, possuindo o “calórico”, transferiria esta substância para o outro o aquecendo ou o queimando. Este conceito era capaz de explicar satisfatoriamente muitos fenômenos físicos como a queima de uma vela, o aquecimento de uma panela no fogo, a queima de um carvão, etc.

     Thompson aceitava a hipótese de que, para a água ferver era necessário fornecer-lhe calórico. Portanto, segundo as concepções vigentes, havia uma transferência aparentemente ininterrupta de calórico do ferro para a água. Tentava-se explicar o fato pela hipótese de que, quanto mais finamente dividido um material, menor sua capacidade em reter calórico. Thompson, porém, observou que a água fervia mesmo depois que as ferramentas perdiam seu corte, e não mais eram capazes de subdividir o metal do canhão. Além disso, esse mecanismo não obedecia há um princípio que justificava a aceitação de muitas ideias abstratas em física; o princípio da conservação. De fato, neste caso havia duas quantidades que não se conservavam; a energia mecânica (que provocava o atrito), que devia ser continuamente despendida, e o calórico, que era incessantemente criado. Após realizar uma série de experiências e tentar explicá-las a partir da teoria do calórico, Thompson resolveu tentar outro caminho.

     Em 1798, comunicou a Royal Society inglesa que... “raciocinando sobre esse assunto, não devemos nos esquecer de considerar circunstância mais notável, ou seja, a de que a fonte de calor gerado por atrito, nestas experiências, era visivelmente inexaurível... parece ser extremamente difícil, se não realmente impossível, formar uma ideia definida de alguma coisa capaz de ser excitada na maneira pela qual o calor era excitado e transmitido nessas experiências, a menos que essa coisa seja movimento”. Isso contribuiu para derrubar a teoria do calórico, ao mesmo tempo em que lançou o conceito de que o trabalho mecânico é o verdadeiro responsável pelo aparecimento do calor no ato de furar os canhões. 

     A nova teoria só foi plenamente desenvolvida anos mais tarde, graças ao trabalho de muitos pesquisadores, entre eles, James Prescott Joule, um industrial inglês que se dedicava à física. Obcecado pelas experiências bem feitas e pelas medidas precisas, realizou uma 13 série de observações sobre o calor e seus efeitos. Estas experiências são fundamentais para a compreensão do conceito de energia, e, portanto, para o entendimento da primeira lei da termodinâmica. 

     O principal feito de Joule consistiu em medir a quantidade de calor que se produz quando uma dada quantidade de energia se transforma. Isso foi feito través de experiências, com as quais comprovou que o calor realmente decorre do movimento. Sendo que a realizada em 1824, tornou-se clássica pela sua engenhosidade. Os resultados que permitiu alcançar eram afetados por uma incerteza de 5% o que, para os padrões da época, era uma excelente precisão. Joule não empregou mais que um recipiente cheio de água, um termômetro, dois corpos pesados e uma haste metálica dotada de algumas pás.

     Como os pesos eram conhecidos, o volume de água e a altura da qual os pesos eram soltos, Joule calculou o trabalho realizado pelos pesos dos corpos e, por meio do termômetro, observou a elevação da temperatura da água (no caso seria 0,01º C que não poderemos detectar). Durante o tempo de queda dos corpos, as variações de suas energias cinéticas puderam ser consideradas praticamente nulas devido ao atrito no conjunto pás de agitação/água.

     Ao repetir o experimento, ele notou uma proporcionalidade entre o calor absorvido pela água e o trabalho realizado na queda dos corpos. O valor ficou conhecido como equivalente mecânico do calor, e o resultado, em valores atuais, 1 caloria(cal) equivale a 4,18J (joules). A unidade de energia, no sistema internacional de unidades (SI), é joule (J) em homenagem ao cientista. 

     Hoje, sabemos que o calórico não existe e que o calor é uma forma de energia que passa de um corpo a outro em função da diferença de temperatura entre eles. A temperatura está relacionada com a energia cinética média dos átomos ou das moléculas (algumas 14 moléculas movem-se mais rapidamente que outras). Quanto maior essa energia, maior a temperatura do corpo.

     Quanto mais quente estiver um corpo, maior o movimento, a agitação, a vibração ou ainda, maior a energia cinética de cada uma de suas partículas (átomos e moléculas). Quando esfregamos as mãos uma na outra elas ficam mais quentes. Isto também acontece quando lixamos um pedaço de madeira ou metal: ambos aquecem. Qual a razão disso? Parte da energia empregada para movimentar as mãos está sendo usada para vencer o atrito, ou seja, a resistência ao deslizamento de uma mão sobre a outra. Isso significa que mais uma vez a energia do movimento está se transformando em calor. Quanto mais calor um material recebe, mais quente ele fica, ou seja, mais elevada se torna sua temperatura, e mais aumenta a vibração de suas moléculas.

Fonte texto: https://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/365-2.pdf

Atividade Proposta:

1- Desenvolva um texto  argumantativo  onde seja explicitado o que você compreende como CALOR, e  argumente se suas concepções estão em acordo ou não com as idéias apresentadas pelo texto, se não explicite os pontos divergentes explicando como você compreende as  ideias do autor:

atualização: Edimara Fernandes Vieira- 27/11/12.