Ciência em Casa
O fenómeno da convecção
Ciência em Casa

Material

    Goblé.
    Lamparina de álcool.
    Tripé e grelha.
    Espátula ou colher.
 
Compostos

    Água destilada.
    Permanganato de potássio.
 
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Fotos:  





Procedimento

     1. Deita água destilada no goblé, enchendo 3/4 do seu volume total.

     2. Com a ajuda de uma espátula, deita algumas pedras de permanganato de maneira a não obter a colorização total da água. O permanganato deve ficar depositado no fundo. (o permanganato não deve ser tocado ou digerido porque trata-se de um composto nocivo. É de salientar, que se trata também de um composto comburente)

     3. Coloca o copo sobre o tripé e aquecer. O que observas? (enquanto o aquecimento vai prosseguindo vai-se começando a notar uma migração da água da parte mais quente, que é a base, para o topo. A esse fenómeno chama-se convecção)
 
O porquê?

Uma das formas de transferência de calor é a convecção. A transferência de calor estudada nesta experiência é a de convecção forçada, que se dá por diferença de densidade. Devido a uma diferença de densidade entre vários conjuntos de partículas, vai existir uma certa trajectória bem definida de deslocação de moléculas.

A água do goblé vai ser aquecida na base deste, estando a chama mais forte, no centro da base. Isso implica que as moléculas, mais próximas do centro da base, estão a uma temperatura maior do que as moléculas que estão situadas logo acima destas. Isto é, no eixo vertical do goblé existe um gradiente de temperaturas, diminuindo a temperatura à medida que se chega à superfície. É de salientar que, esse gradiente não é linear porque junto às paredes do goblé temos a água a menor temperatura do que no centro. Se medir a temperatura da superfície no centro e a temperatura desta junto às paredes do goblé vai reparar que a temperatura do centro é maior do que a outra. Aí está a chave para o fenómeno de convecção.

Podemos seguir a trajectória de uma molécula situada no centro da base, no instante inicial. Ao aquecer a molécula de água, a sua densidade vai-se tornar menor, implicando que ela se vá deslocar para o topo. Ao deslocar-se para o topo a sua temperatura vai diminuindo. A molécula desloca-se, de seguida, para o ponto de temperatura mínima. O ponto de temperatura mínima é no topo junto às paredes. É claro que a molécula não vai ao limite da superfície, porque antes de chegar a esse ponto a sua temperatura irá baixar o suficiente de maneira a que esta se torne mais densa, e se desloque imediatamente para baixo.

No deslocamento para a base, a molécula vai preferir a zona junto às paredes porque esta lhe oferece uma gama de temperaturas mais favorável. Uma outra razão, para a existência de uma trajectória, é a de existir uma zona central onde a maior parte das moléculas estão a deslocar-se para cima, oferecendo isso uma resistência extra à molécula que se está a deslocar para baixo.
 




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