Assunto: temperatura, calor e primeira lei da termodinâmica
Responda as questões a seguir, com letra legível, de forma organizada, usando caneta de tinta preta ou azul. Baseie suas respostas no conhecimento científico a respeito da Termodinâmica. Forneça explicações detalhadas para suas respostas, empregando corretamente as Leis da Física.
Explique por que, quando colocamos um termômetro de mercúrio numa chama, a coluna de mercúrio desce um pouco, antes de começar a subir.
Responda as questões a seguir, com letra legível, de forma organizada, usando caneta de tinta preta ou azul. Baseie suas respostas no conhecimento científico a respeito da Termodinâmica. Forneça explicações detalhadas para suas respostas, empregando corretamente as Leis da Física.
Explique por que, quando colocamos um termômetro de mercúrio numa chama, a coluna de mercúrio desce um pouco, antes de começar a subir.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício que você tem trata de temperatura, calor e a primeira lei da termodinâmica. Basicamente, você precisa explicar por que, ao colocar um termômetro de mercúrio numa chama, a coluna de mercúrio primeiro desce um pouco antes de começar a subir. Para resolver isso, vamos precisar entender como o calor afeta tanto o ar dentro do termômetro quanto o próprio mercúrio.
Passo 2
Primeiramente, quando colocamos o termômetro na chama, o calor da chama começa a aquecer o bulbo do termômetro. Esse bulbo contém tanto o mercúrio quanto uma pequena quantidade de ar.
Passo 3
À medida que o bulbo esquenta, o ar dentro dele também aquece. Segundo a primeira lei da termodinâmica, que é basicamente sobre a conservação da energia, o calor fornecido à expansão do ar faz com que ele se expanda. A equação que descreve essa expansão do gás (no caso, o ar) é dada pela lei dos gases ideais:
Onde:
- $ P $ é a pressão,
- $ V $ é o volume,
- $ n $ é a quantidade de gás,
- $ R $ é a constante dos gases,
- $ T $ é a temperatura.
Passo 4
Com o aumento da temperatura $ T $, e mantendo a quantidade de gás $ n $ constante, o volume $ V $ do ar tende a aumentar se a pressão $ P $ for constante. Mas como o termômetro está fechado, a pressão dentro do bulbo aumenta porque o ar está se expandindo e não consegue sair.
Passo 5
Esse aumento na pressão do ar empurra o mercúrio para fora do bulbo, fazendo com que a coluna de mercúrio no tubo do termômetro desça um pouco inicialmente. Isso acontece porque o ar aquecido está tomando mais espaço e empurrando o mercúrio para baixo.
Passo 6
Mas não para por aí! Continuando a aquecer, o próprio mercúrio começa a expandir com o aumento da temperatura. O mercúrio tem um coeficiente de expansão térmica, o que significa que ele ocupa mais volume quando esquenta. Essa expansão do mercúrio acaba superando a pressão do ar aquecido, fazendo com que a coluna de mercúrio comece a subir no tubo do termômetro.
Resposta
Então, resumindo, quando colocamos o termômetro de mercúrio na chama, a coluna de mercúrio primeiro desce um pouco devido à expansão do ar aquecido dentro do bulbo que empurra o mercúrio para baixo. À medida que o aquecimento continua, a expansão do próprio mercúrio supera esse efeito inicial, fazendo com que a coluna de mercúrio comece a subir.