Equivalente mecânico do calor

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Aparato de Joule para a medição do equivalente mecânico do calor no qual o trabalho realizado pelo peso de um objeto em queda é convertido em calor transferido à água.

Na história da ciência, o equivalente mecânico do calor foi um conceito que teve uma parte importante no desenvolvimento e aceitação da conservação da energia e no estabelecimento da ciência da termodinâmica no século XIX.

O conceito estabelece que o movimento e o calor são mutuamente intercambiáveis e que em cada caso, uma dada quantidade de trabalho irá gerar a mesma quantidade de calor.

A identificação do do calor como uma forma de energia levou ao problema de determinação da "taxa de câmbio" entre caloria e a unidade mecânica de energia. As experiências para a determinação desse equivalente mecânico da caloria foram realizadas por Joule.[1]

Experiência[editar | editar código-fonte]

Representação esquemática da determinação do equivalente mecânico do calor com dois pesos.

Num calorímetro cheio de água, é inserido um conjunto de paletas presas a um eixo. Este é colocado em rotação pela queda de um par de pesos. O atrito das paletas aquece a água, cuja variação de temperatura, determinada por um termômetro, corresponde a um certo número de calorias. O trabalho mecânico equivalente é medido pela altura da queda dos pesos.

Joule observou que podia elevar de 1º F a temperatura da água quando utilizada uma massa de 772 libras caindo a uma distância de um . Repetiu a experiência inúmeras vezes, introduzindo variantes no método como: mudança da natureza do fluido, material das paletas e o processo de aquecimento. Constatou que eram necessários aproximadamente 4,184 J para elevar de 1º C a temperatura de 1 g de água.[2]

Referências

  1. H. Moysés Nussenzveig. Física Básica. 4 ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2002. vol. 2.
  2. Raymond A. Serway, John W.Jewett Jr. Princípios de física: movimento ondulatório e termodinâmica. 3 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2004. vol. 2.