1
EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR
INTRODUÇÃO
Por um longo período de tempo prevaleceu um debate científico sobre como definir a energia
térmica de um sistema, outrora chamada apenas de calor, que costumava ser descrita em termos de
sua temperatura. Este debate se centrava em compreender se o calor era uma forma de energia ou
uma grandeza de magnitude independente, que seria conservada. Durante a primeira metade do
século XIX comprovou-se que a energia mecânica produzida devido à fricção era completamente
convertida em calor, independentemente do processo de transformação utilizado ou das
características físicas e químicas dos materiais envolvidos. O calor foi então definido como a energia
devido a movimentos moleculares ou atômicos desordenados e macroscopicamente invisíveis.
A razão entre o trabalho mecânico realizado W e a quantidade de calor gerado através de
fricção Q é denominada equivalente mecânico do calor.
Neste experimento realizamos trabalho mecânico através da rotação de um cilindro metálico,
sujeito à fricção de uma fita de nylon. Avaliaremos o aumento de temperatura do cilindro em função
de trabalho realizado e compararemos este valor ao calor produzido.
PARTE EXPERIMENTAL
Objetivo
Medir o equivalente mecânico do calor e verificar a primeira lei da termodinâmica.
Material utilizado
Cilindro metálico, fita de nylon, peso com massa entre 1kg e 5kg, dinamômetro,
termômetro, sistema com manivela para rotação do cilindro metálico.
Procedimentos:
Neste experimento, um corpo de teste de metal gira, sendo aquecido pela fricção devido a
uma fita tensionada de material sintético. O equivalente mecânico do calor é determinado a partir do
trabalho mecânico e comparado ao aumento de energia térmica deduzido através do aumento de
temperatura do cilindro.
A montagem experimental é vista na figura 1. O cilindro de fricção e uma manivela estão
presos a um rolamento que permite o movimento rotativo. Uma placa base serve como suporte,
fixada à mesa com as braçadeiras. A fita de nylon usada para produzir fricção é presa ao
dinamômetro e perfaz 2,5 voltas em torno do cilindro (de modo que o dinamômetro seja aliviado
quando a manivela é girada no sentido horário). Um peso fornecido, com massa entre 1 kg e 5 kg é
ligado à extremidade inferior da fita de fricção. Para medir a temperatura, um termômetro é mantido
fixo, introduzido no furo do cilindro metálico. Deve-se verificar se o termômetro e o furo do cilindro
estão cuidadosamente alinhados, de modo que o termômetro não seja danificado enquanto o cilindro
estiver rodando. Para melhorar o contato térmico, uma pasta de boa condutividade térmica deve ser
aplicada à superfície do cilindro que está em contato com a faixa de nylon e à ponta do termômetro.
