Compressão adiabática (Furukawa)

Descrição

Com esse experimento podemos demonstrar o que acontece quando comprimimos um gás de forma rápida de modo que não haja troca de calor com o meio externo. Demonstra o funcionamento de um motor à diesel ou o aquecimento de um meteoro em alta velocidade entrando na atmosfera terrestre.

Modo de fazer: Limpe o tubo por dentro, usando a haste com a bucha. Coloque um pouquinho de algodão no fundo do tubo, com o auxílio da haste (do outro lado da bucha). Passe um pouco de óleo nos anéis de borracha do pistão e introduza-o no tubo de vidro.

Segure firmemente o tubo sobre a base de borracha, deixando-o na vertical.

Empurre o pistão, dando um golpe rápido.

Caso não aconteça nada, repita o experimento ou tente tirar um pouco de algodão.

Explicação: Quando o pistão é empurrado em direção ao fim do tubo, há um trabalho sendo realizado no gás por um agente externo, fazendo com que sua energia interna aumente. Uma vez que não há troca de calor com o ambiente externo, toda a variação de energia interna é acumulada na forma de temperatura, sendo suficiente para inflamar o algodão.

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 gás.

Visto que no caso de uma transformação adiabática, não há troca de calor com o ambiente,

Ou seja, como o volume do sistema diminuiu, o trabalho foi negativo e a energia interna do sistema aumentou, sendo suficiente para aumentar a temperatura a ponto de fazer o algodão pegar fogo.

Um exemplo desse fenômeno é o funcionamento de um motor à diesel. A compressão rápida do vapor do combustível pelo pistão aumenta a temperatura o suficiente para que o combustível entre em ignição, sendo desnecessária a faísca da vela, tal como nos motores à gasolina.

Conceitos e Princípios Físicos Abordados

Pode-se abordar propriedades termodinâmicas dos gases, processos adiabáticos, processos de transformações de energia, máquinas térmicas e motores a explosão.

Material utilizado

Tubo de vidro borossilicato
Pistão de latão com anéis de borracha
Base de borracha
Bucha para limpeza
Óleo fino para lubrificação
Algodão para combustão

Equipamento construído e doado por Claudio Hiroyuki Furukawa para o Laboratório de Demonstrações da UFPA.

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