| Equivalência entre trabalho e calor | |||||||
A teoria do calórico na termodinâmica Entender o que previa a teoria do calórico é um passo importante para descrever como o experimento da medida do calor executado por Joule mudou o pensamento científico a respeito da natureza do calor e possibilitou o avanço cada vez maior da termodinâmica. A teoria do calórico, criada no século XVII, supunha a existência de um fluido invisível e inodoro, chamado de "calórico" e que todos os corpos, sólidos, líquidos e gasosos conteriam em quantidade determinadas, dependendo de sua composição. Este fluido calórico era dado com o causador de todas as alterações de temperatura de um corpo; assim, quanto maior fosse a temperatura de um corpo, maior seria a sua quantidade de calórico. Esta teoria sobreviveu até o começo do século XIX, pois ainda não se conhecia com precisão o comportamento das moléculas de um gás quando este era submetido a uma variação em sua pressão ou volume. Os primeiros passos experimentais rumo a equivalência entre trabalho e calor Foi no século XVIII que o físico e matemático Benjamin Thompson realizou os primeiros experimentos a respeito da natureza do calor. Mas estes resultados só foram efetivamente levados a sério pela comunidade científica quase um século depois. Thompson começou a observar o calor que era proveniente dos canhões logo após os disparos e sugeriu que o calor liberado estava ligado ao trabalho realizado pelo canhão e não pela perda de fluido calórico do canhão para a bala que acabara de ser disparada. Esta foi uma das primeiras tentativas de refutar a teoria do calórico em detrimento da equivalência entre trabalho e calor. Como consequência indireta das observações de Thompson, o físico e médico Julius Robert Von Mayer deduziu e enunciou a teoria mecânica do calor, em 1842. Para ele, calor e trabalho eram equivalentes e talvez pudessem converter-se um no outro. Joule e o estabelecimento da relação entre o trabalho mecânico e o calor Um ano depois da dedução da equivalência entre trabalho mecânico e calor, o físico James Prescott Joule, um dos principais nomes da história da Física, conseguiu finalmente estabelecer que o calor e o trabalho são intercambiáveis, de relação fixa e é inteiramente independente dos materiais ou dos processos empregados. Para chegar a esta conclusão, Joule realizou uma série de experimentos. O principal deles era constituído por uma roda de pás disposta horizontalmente sobre uma cuba de água fria. O movimento das pás das rodas era comunicado por um molinete que, quando girava, acarretava a queda de duas massas de quatro libras (ou 1, 8144 kg) cada uma. As massas caiam de uma altura de aproximadamente 11 metros, a uma velocidade de 30,4 cm/s – velocidade esta muito pequena, levando-se em conta a resistência enfrentada pelas pás quando entrava em contato com a água.
A queda das massas arrastava então as pás, por meio do molinete, e a fricção das palhetas na água da cuba deveria aquecer esta água (a temperatura deveria elevar-se, pois a água efetuava um trabalho ao resistir ao movimento das pás da roda). A operação foi repetida ainda dezesseis vezes e a temperatura da água ao final deste processo foi medida com o auxílio de um termômetro de grande precisão (um centésimo ou 0,001 de grau Fahrenheit). Cinco anos depois, em 1850, Joule apresentou uma monografia a Royal Society, relatando com mais detalhes uma série de experimentos semelhantes aos realizados em 1845, mas para os quais, utilizou pás manufaturadas com materiais diferentes – primeiramente, latão, depois ferro forjado e, depois, liga de ferro e carbono. Além disso, em alguns experimentos, Joule trocou a água por mercúrio. E Joule, efetivamente, mostrou que a taxa de entre calor e trabalho era fixa, e independente dos materiais utilizados e dos processos empregados. Após a realização dos experimentos, Joule determinou finalmente o valor para o equivalente mecânico do calor: 772 pés-libras (cerca de 1046,66 J), muito próximo do valor aceito atualmente, que é de 776 pés-libras (equivalente a 1054 J). Mas o fato mais importante, a experiência de Joule forneceu a primeira ilustração convincente do princípio de conservação da energia, uma das leis fundamentais da Física Moderna. |
| FALE CONOSCO | POLÍTICA DE PRIVACIDADE | SOBRE O PRATICANDO FÍSICA | TERMOS DE USO |
| © Copyright Praticando Física - Todos os direitos reservados. |