Thursday, July 19, 2007

O frio não é tão óbvio quanto parece



Hoje em dia, quando pensamos nas leis da termodinâmica e nas idéias de frio, calor e temperatura, rapidamente pensamos em vibração das moléculas e energia térmica. Mas eu vou propor um exercício interessante: vamos fingir que estamos numa era antes dessas descobertas. Não sabemos sobre átomos. O conceito de conservação de energia é um conceito filosófico não muito sólido que se baseia apenas nas idéias de conservação de massa de Lavoisier e nos conceito de quantidade de movimento de Galileu, Newton e outros físicos entre os dois. Nos engenhos medievais e renascentistas, o atrito ainda vence a inércia na maioria dos experimentos que podem ser feitos e a eletricidade ainda é só a das garrafas de Leyden, eletricidade estática. Também não temos compressores e, portanto, refrigeradores para analisar o que acontece quando esfriamos as coisas. Nem mesmo o conceito de estado das matérias é bem definido... seria o gelo e a água duas formas da mesma coisa ou seriam elementos diferentes?

Mas não estamos de mãos atadas, porém. Temos o termômetro. Esse instrumento, aparentemente simples, é revolucionário porque, pela primeira vez, é possível medir objetivamente uma grandeza térmica! Imagine que você está descalço, numa sala de granito com um pé num tapete e outro fora. O chão de pedra parece bem mais frio. Então você vai lá e esquenta o granito com uma fogueirinha, pisa, e o granito continua parecendo mais frio. Aí você molha o tapete com água o tecido fica mais gelado! Esses experimentos dão resultados confusos e nada razoáveis. Esquentar não muda a temperatura? Molhar esfria? Mas o termômetro, produto de uma tecnologia capaz de fabricar tubos de vidro estreitos, é capaz de dar resultados mais... sensatos para esses experimentos.

Por exemplo, agora, o tapete e o chão acusam a mesma temperatura. Quando esquentamos o granito, ele passará a acusar uma temperatura maior. E quando jogamos água a temperatura ambiente o termômetro não muda. Enfim, resultados mais previsíveis, razoáveis. Estes resultados são justamente o que convencionamos chamar de lei zero da termodinâmica: corpos com mesma temperatura estão em equilíbrio térmico. Percebam que a lei zero não chega a ser uma lei mas uma forma de definir a temperatura. Ela diz que convencionamos chamar de equilíbrio térmico quando não há fluxo de calor entre dois corpos.

O termômetro também nos permite estudar também a transmissão de calor. Se esquentarmos uma ponta de uma haste, quanto tempo leva para a outra ponta se aquecer? Um pouco mais de investigação e compreendemos que é justamente essa capacidade de transmitir calor com mais ou menos facilidade é que é responsável pelas sensações térmicas variadas. O granito rouba calor com mais facilidade que o tapete. Isso explica, em parte, nossas experiências com sensação térmica.

Finalmente, podemos comparar a capacidade de esfriar e esquentar as coisas. Um pouco de experimentação e vemos que se misturarmos 1l de água a 0o com 1l de água a 10o, temos no final 2l de água a 5o. Agora quando misturamos 1l de água a 0o com 1l de álcool a 10o, o resultado é uma mistura de 2l a aproximadamente 7,5o! [Isso é um raciocínio meio circular porque as temperaturas são definidas dessa forma... mas finjam que a temperatura é uma verdade eterna...] Isso quer dizer que a água tem um poder maior de esfriar e esquentar as coisas: a capacidade térmica e o calor específico. Isso explica porque água quente queima mais que madeira quente e porque o tapete molhado é mais "frio" que o tapete seco.

Até aqui, não usamos nenhuma informação a respeito de átomos aqui, mas os químicos, com Dalton, Avogadro e Lavoisier estão chegando lá. Quem sabe aí podemos provar a relação entre calor e energia cinética? Quem sabe podemos fabricar um motor a vapor? Quem sabe?

1 comment:

  1. Olá!

    Postei no meu blog (What's the deal with) um texto falando sobre Sensação Térmica e acho que complementa esse seu post.

    Gostei muito do seu blog. Você quer trocar links com meu blog?

    Paz e feliz ano novo!

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