Medindo o equivalente mecânico do calor

30 de dezembro, 2015 às 12:02 | Postado em Mecânica, Termologia, termodinâmica

Olá professor. Quero achar esse equivalente mecânico para um seminário de termodinâmica sobre a primeira lei. Pensei em fazer o experimento original do Joule, mas teria muita dificuldade.Então pensei em achá-lo com o uso de um liquidificador e água, porém, estou encontrando valores muito baixos de variação de temperatura (em comparação com o esperado pela potencia nominal mostrada) mesmo tomando o cuidado de começar o experimento a certo valor abaixo da temperatura ambiente e terminar quando atingir esse valor acima da temperatura ambiente. Como obter um valor mais proximo do esperado? Devo considerar mais alguma troca de calor, ou variação de energia interna em outro local sem ser a água? Muito obrigado

Apesar de não referires acho que foste inspirado na postagem Energia Mecânica e Calor.

A potência nominal fornecida pelo fabricante do liquidificador é apenas um indicador da potência ELÉTRICA que o dispositivo consome em um particular regime de operação. Mesmo a potência elétrica demandada por qualquer motor é dependente do regime de operação do motor e, portanto, a informação é de pouca utilidade para o que pretendes.

Adicionalmente não basta saber qual é a potência elétrica demandada pelo liquidificador. Deverias saber também qual é eficiência de tal motor na conversão de energia elétrica em mecânica e que está longe de 100%.

Um experimento bem conhecido para a determinação do “equivalente mecânico do calor” consiste em aquecer água em um calorímetro injetando no calorímetro trabalho elétrico com um resistor alimentado por uma fonte elétrica. Com auxílio de medidas de tensão, corrente e tempo no resistor podemos calcular o trabalho elétrico realizado e, portanto, convertido em energia interna da água no calorímetro. Com um termômetro avalia-se a variação da temperatura da água e como são conhecidos o calor específico e a massa de água no calorímetro, pode-se calcular a quantidade de energia pelo processo de calor que deveria ter sido adicionada ao sistema adiabático (constituído pela água no calorímetro e o resistor) para a obtenção da mesma variação da temperatura. Daí, se fizermos a razão entre o trabalho elétrico introduzido adiabaticamente e a quantidade de calor que levaria à mesma variação de temperatura, temos uma estimativa do “equivalente mecânico do calor”.

O experimento pode ser realizado em uma latinha de refrigerante e as trocas de energia com o ambiente serão mínimas se todo o processo acontecer em temperatura próxima a do ambiente. Sugiro começar com água apenas alguns graus abaixo da temperatura ambiente, levando-a a apenas alguns poucos graus acima da temperatura ambiente. Se este cuidado é tomado, as trocas de energia com o entorno serão pequenas e estaremos com um sistema (quase) adiabático. Observação: Este experimento me foi marcante quando o realizamos em 1968 nas aulas do saudoso Prof. Sporket no curso científico no Colégio Sinodal em São Leopoldo.

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

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