Descrição e conteúdos Abordados
Com esse experimento vemos o que acontece quando expandimos um gás de forma rápida (expansão adiabática). Também podemos observar o comportamento peculiar da borracha, que esquenta quando estica e resfria quando contrai (efeito Gough – Joule).
Materiais: bexigas tipo “pepino”, enchedor (bomba) para inflar bexigas.
Modo de fazer:
Encha a bexiga tipo “pepino” usando um enchedor.
Segure no meio da bexiga e solte o ar de modo rápido.
O que é possível perceber?
Explicação: Esse experimento demonstra uma expansão adiabática, ou seja, o gás contido dentro da bexiga (ar) se expande rapidamente.
Pela Primeira Lei da Termodinâmica, temos que
onde Q é o calor, τ é o trabalho e ΔU é a variação da energia interna do sistema.
Como a expansão é rápida, praticamente não há troca de calor com o ambiente. O gás ao se expandir utiliza a sua energia interna para realizar trabalho. Como o gás se expande, o trabalho é positivo e a variação de energia do sistema é negativa, fazendo com que a temperatura do sistema diminua.
Um exemplo cotidiano desse fenômeno está presente na geladeira, pois o resfriamento se dá pela expansão do gás, No caso da geladeira, além da expansão adiabática do gás, há a mudança do estado físico de um líquido para o estado gasoso, que também contribui para a retirada de calor junto ao evaporador. Como na geladeira, o circuito é fechado, o gás é comprimido por meio de uma bomba que o transforma novamente em líquido, no condensador. O calor gerado nesta fase é liberado na parte traseira da geladeira (aonde se costuma secar as meias).
Outro fator importante no aquecimento e resfriamento da própria bexiga pepino é um fenômeno termodinâmico peculiar que ocorre em elastômeros como a borracha. Quando inflamos a bexiga, a borracha se estica e quando soltamos o ar, ela se contrai. Ocorre que quando a borracha é esticada, haverá aumento da sua temperatura enquanto que na contração a sua temperatura diminui.
A borracha é composta por cadeias longas de moléculas, todas desordenadas quando contraídas. Quando ela é esticada, essas cadeias tendem a se alinhar, diminuindo a sua entropia. A diminuição da entropia libera calor para o ambiente e a sua superfície esquenta. Na contração, as cadeias de moléculas voltam a ficar desordenadas, aumentando a sua entropia. Nesse caso, o aumento da entropia necessita de absorver calor do ambiente, resfriando a superfície da borracha quando contrai.
Dá para sentir o aquecimento e resfriamento, encostando a superfície da bexiga perto dos lábios: quando estica a borracha aquece e quando contrai, ela fica mais fria.
Material Utilizado
- Bexigas tipo “pepino”
- Enchedor (bomba) para inflar bexigas.
Equipamento construído e doado por Claudio Hiroyuki Furukawa para o Laboratório de Demonstrações da UFPA.
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