Considere um laboratório no INPE onde existam dois fornos idênticos aquecidos a diferentes temperaturas e ambas muito acima da ambiente. Em cada forno, existe um pequeno orifício que permite ter acesso ao seu interior. (a) Desconsiderando as possibilidades de usar um termômetro ou tocar o forno, proponha um experimento que envolva uma única medida relativa a cada forno para discriminar o mais quente.
Passo 1
Então, temos dois fornos idênticos no laboratório do INPE, cada um aquecido a temperaturas diferentes bem acima da temperatura ambiente. Cada forno tem um pequeno orifício que dá acesso ao seu interior. A gente precisa descobrir qual dos dois fornos está mais quente, mas sem usar termômetro ou tocar nos fornos. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente a relação entre temperatura e pressão de um gás. Vamos precisar medir a pressão de um gás que vamos liberar de cada forno.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar da Lei dos Gases Ideais, que é expressa pela fórmula:
Onde:
-
é a pressão -
é o volume -
é a quantidade de gás (em mols) -
é a constante dos gases -
é a temperatura em Kelvin
Essa lei nos diz que, se a quantidade de gás e o volume forem iguais, a pressão é diretamente proporcional à temperatura.
Passo 3
Vamos aplicar isso ao nosso experimento. Como os fornos são idênticos, podemos assumir que o volume
e a quantidade de gás
dentro de cada forno são iguais. A constante
também é a mesma para ambos. Portanto, a pressão
dentro de cada forno depende diretamente da temperatura
.
Passo 4
Para comparar as temperaturas, vamos realizar o seguinte experimento:
- Abrimos o pequeno orifício de um dos fornos e deixamos o gás escapar para um recipiente onde podemos medir a pressão.
- Repetimos o processo para o segundo forno, usando o mesmo tipo de recipiente e método de medição.
- Comparamos as pressões medidas de cada forno.
Passo 5
De acordo com a Lei dos Gases Ideais, o forno que liberar gás com maior pressão está sendo mais aquecido, pois a pressão é diretamente proporcional à temperatura. Assim, podemos determinar qual forno está mais quente apenas comparando as pressões medidas.
Resposta
O forno que apresentar uma maior pressão ao liberar o gás está mais quente. Dessa forma, medindo e comparando as pressões dos gases liberados de cada forno, podemos identificar qual deles está mais quente.