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Princípio
da Parede Fria
Princípio
de Watt
Ebulidor
de Franklin
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Prof. Luiz Ferraz
Netto
leobarretos@uol.com.br
Enunciado
O princípio de Watt ou princípio
da parede fria rege que:
"Quando
a temperatura não é uniforme em todos os pontos de um recinto
fechado, o líquido destila da região mais quente para a região
mais fria e a pressão de vapor em todo o recinto, no equilíbrio
final, tem o valor máximo correspondente à temperatura da região
mais fria".
Teoria
Considere dois balões de vidro A e B ligados entre si
por um tubo de vidro e preenchidos, parcialmente, por um mesmo líquido
(éter com tintura). Os balões serão considerados como mantidos
à temperaturas diferentes, porém constantes, q
A e q
B, com q
A > q
B.
Sejam
PA e PB as pressões do vapor nas
temperaturas q
A e q
B, respectivamente. Então, PA
> PB , pois, q
A > q
B, de acordo com as leis dos gases reais.
Em cada
balão o líquido tende a entrar em equilíbrio com o próprio
vapor, portanto, tende a estabelecer em A a pressão PA
e em B a pressão PB. A saída do vapor de A, via tubo
de comunicação, determina que haja a continuação da vaporização
(na tentativa de manter o equilíbrio líquido/vapor), ao passo
que, em B ocorrerá constante condensação, pela mesma razão.
Em
suma, tendendo para a situação de equilíbrio da pressão, o líquido
vaporiza em A e se liquefaz em B. É a própria destilação. Esse
processo continua até que todo o líquido de A tenha passado para
B, quando se atinge o equilíbrio. A pressão máxima de vapor será,
portanto, PB, correspondente à temperatura da 'parede
mais fria', q B.
Aplicações
Numa sauna, por exemplo (considerada idealmente recinto
fechado, o que não foge muito à realidade), a pressão máxima de
vapor será a correspondente à temperatura da parede mais fria do
recinto (suposta constantes as demais temperaturas do ambiente).
Watt aplicou esse princípio em seu condensador da máquina a
vapor. Funciona também, baseado nesse princípio, os alambiques de
destilação e o higrômetro de Daniel.
Ebulidor
de Franklin
O ebulidor de Franklin (exibido na foto acima) é
apresentado ao público nos mais variados formatos e dentre os mais
comuns está aquele que lembra um 'ampulheta' interligada por tubo
interno. Didaticamente, o melhor modelo, é constituído pois dois
balões de vidro (cerca de 4 cm de diâmetro) interligados por um
tubo de vidro (cerca de 1 cm de diâmetro e comprimento 20 cm). No
seu interior é colocado éter ou álcool tingido de vermelho (um
corante que 'não suja o vidro') até cerca da metade da capacidade
de cada reservatório. Aquece-se ligeiramente os bulbos (para
produzir boa quantidade de vapor e extrair o ar interno) e o tubo
de vidro (que tem uma ligeira derivação em sua parte central, por
onde se introduz o líquido) é selado a fogo. No interior resta líquido
e seu vapor.
Colocando-se
a mão sobre um dos balões e deixando o outro exposto ao ambiente,
haverá um desequilíbrio de temperaturas; o líquido evapora do
balão quente e transfere-se ao balão frio, onde se condensa.
Quando o
sistema é disposto com os balões para cima, como se ilustra a seguir, ao
se colocar a mão envolvendo um dos bulbos (a foto
de abertura ilustra bem isso), prevalece a dilatação dos gases e
a transferência do líquido de um balão para outro é
imediata e turbulenta.
Nessa
situação, o princípio de Watt não é tão evidente.
Para
Feiras de Ciências há um modo interessante para observar essa
passagem do líquido de um bulbo para o outro (sem que o visitante
tenha que colocar sua mãozinha sobre equipamento tão frágil). É
o sistema 'gangorra' ilustrado acima. Cada bulbo tem a região que
defronta a lâmpada (110 V x 40 W) enegrecida com fumaça. O
desequilíbrio leva o bulbo com mais líquido para baixo e isso o
coloca defrontando uma lâmpada. Com o aquecimento, o líquido é
transferido para o outro bulbo e o sistema entra em ciclo. Envolva
o pino de retenção da gangorra com espuma de nylon, para evitar o
rompimento do tubo de vidro.
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