Energia Mecânica e Calor

15 de julho, 2010 às 16:23 | Postado em Mecânica, Termologia, termodinâmica

Gostaria de saber se é realmente possível elevar a temperatura, por exemplo de café, já aquecido e confinado em uma garrafa térmica apenas agitando a garrafa térmica. A energia mecânica transmitida é significativa para a elevação da temperatura do café? Obrigada.

Usualmente quando pensamos em aquecer (elevar a temperatura) da água, imaginamos que tal aconteça por energia transferida para água de uma fonte quente, isto é, de um sistema que esteja à temperatura maior do que a da água (por exemplo, a chama de um queimador de gás em um fogão). Falamos apropriadamente então em CALOR, que é um processo de transferência de energia para água que aumenta o seu conteúdo energético, a sua ENERGIA INTERNA. Neste caso o  AUMENTO da ENERGIA INTERNA é facilmente observável por meio da variação da temperatura que se verifica na água. Mudanças na ENERGIA INTERNA de um sistema nem sempre estão associadas à variação de temperatura. Um caso notável é quando há mudança de estado, por exemplo, na passagem do estado liquido para o estado de vapor. A propósito disto consulte Ventilador borrifador de água baixa a temperatura ambiente?

 Outra forma de aumentar a ENERGIA INTERNA da água, aumentando então a sua temperatura, SEM envolver CALOR como processo de aquecimento, é por realizar um TRABALHO sobre água. Esta forma é muito diferente da anterior. A agitação, o chacoalhar da garrafa que contem a água é uma forma de efetivar o aumento da ENERGIA INTERNA, o aquecimento da água SEM a ocorrência de calor.

Faço isso em aula com uma garrafa pet contendo um pouco de água, medindo a temperatura da água com um termômetro digital (com sensibilidade de 0,1^o C) para em seguida chacoalhar a garrafa diversas vezes. Tenho o cuidado de isolar termicamente minhas mãos com luvas ou com papel, eliminando a possibilidade de que minhas mãos funcionem como uma fonte quente que transfira energia para a água.

Depois da agitação meço novamente a temperatura da água. É fácil detectar que houve um pequeno acréscimo da temperatura: com uma centena de chacoalhadas consigo registrar uma elevação de cerca de 0,5^o C.

 Como estou em casa respondendo esta pergunta, acabo de fazer o seguinte experimento. Coloquei no liquidificador 250 ml de água e medi a temperatura, encontrando 17^o C. Liguei o liquidificador (que tem potência nominal de 400 W) durante um minuto; medi novamente a temperatura da água, encontrando agora 20^o C. Neste caso também está excluída a possibilidade de que o motor do aparelho energize a água através de CALOR pois o acoplamento da hélice do liquidificador com o motor é feito por uma peça de borracha que, como é bem sabido, é péssimo condutor térmico.

Se ao invés de utilizar o liquidificador, houvesse utilizado um aquecedor elétrico (“rabo quente”), com a mesma potência nominal, durante um minuto, a temperatura da água teria crescido para cerca de 40^o C. Portanto não é um procedimento muito eficiente o de aquecer a água no liquidificador!! Imagina se quiseres aquecer o teu café chacoalhando a garrafa térmica!! 😉

Conforme já aprendemos com Joule no século XIX é possível aumentar a ENERGIA INTERNA da água, aumentando em consequência sua temperatura, de duas maneiras muito diferentes, isto é, através de CALOR ou realizando um TRABALHO sobre ela. Joule, em um dos seus experimentos, fez algo muito semelhante ao que fiz no liquidificador. Ele agitou o líquido com pás em um sistema isolado termicamente, medindo com muita precisão o TRABALHO realizado sobre este sistema e a variação da temperatura que então aconteceu. Como Joule já sabia calcular a quantidade de energia que deveria ser transferida para o líquido via CALOR (mas que nesse caso não aconteceu pois o processo de aquecimento foi via TRABALHO) para produzir a mesma variação da temperatura, pode obter o que denominamos de EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR.

Sobre o experimento de Joule indico o texto do Prof. Alexandre Medeiros em  Exp_Joule.pdf.

Vide também Medindo o equivalente mecânico do calor, Termodinâmica: as diversas formas de trabalho.

Uma maneira inusitada de resfriar cerveja se encontra em Resfriando rapidamente a cerveja?

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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Davi ML – Nos EUA o pessoal tem uns liquidificadores de cerca de 1.500 W que fazem sopa em 4 min apenas com a fricção! Ver How to Make Hot Soup (Tomato Basil Recipe) in a Vitamix Blender by Raw Blend.

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