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Gêiser Prof.
Luiz Ferraz Netto
O modelo didático que apresentamos é o recomendado para montagens em Laboratórios e Feiras de Ciências, dada a sua simplicidade construtiva. Ele permite ilustrar além do peculiar funcionamento periódico de jorrar água quente para cima, conceitos relativos ao calor, tais como: ebulição forçada, pressão dos gases, conversão de calor em trabalho, conversão de energia etc. Material 1) ... comum em laboratórios: base de ferro, anéis com garras, tela de amianto, frasco de Erlenmeyer, tubo de vidro (>1 m), bacia plástica, aquecedor elétrico ou bico de Bunsen e cola. 2) ... para montagem específica: tubo de alumínio ou ferro (1 a 2 metros), bacia de alumínio, reservatório metálico, bico de Bunsen, suporte para a montagem e água. Montagem da opção (1)
5) Insira a outra extremidade do tubo de vidro primeiro na argola superior do suporte e depois no orifício praticado no fundo da bacia plástica. Deixe que essa extremidade ultrapasse cerca de 2 cm para dentro da bacia mas, ainda bastante afastado da borda. Use de cola para vidro ou cola epóxi para vedar qualquer possível vazamento. 6) Apóie a bacia na argola superior e o Erlenmeyer na argola inferior (revestida com tela de amianto). Ajuste bem as argolas para uma boa distribuição do peso do conjunto. 7) Coloque água na bacia até cobrir a extremidade livre do tubo de vidro em cerca de 1 cm. 8) Coloque o aquecedor elétrico (ou o bico de Bunsen) sob o Erlenmeyer. Procedimento Após a primeira erupção do gêiser, ele se reajustará por si só, "chupando" água fresca da bacia para o interior da tubulação e Erlenmeyer. Várias erupções ocorrerão antes que a água da bacia fique bastante quente a ponto de paralisar o funcionamento. Quando isso ocorrer, basta desligar a fonte de calor e aguardar o resfriamento da água (ou, com muito cuidado, substituí-la por água fresca). Observando
e anotando Quantas fases distintas você pode reconhecer no ciclo de funcionamento desse gêiser? Use um cronômetro e registre o intervalo de tempo entre erupções (período) além de qualquer outro ciclo que consiga observar. Explicando Aquecimento: o tempo de aquecimento no processo, para causar a erupção, depende de dois fatores básicos --- a quantidade de calor fornecida pela fonte térmica (aquecedor elétrico, bico de Bunsen etc.) e o comprimento do tubo de vidro. A quantidade de calor fornecida pela fonte por unidade de tempo, ou seja, sua potência térmica é um fator de trivial reconhecimento. Quanto mais potente a fonte térmica menor será o tempo de aquecimento e conseqüentemente, menor o período de erupção. O comprimento do tubo de vidro, mais especificamente, a altura da coluna de água, afeta a pressão no interior do Erlenmeyer, elevando-a acima da pressão atmosférica. Isso implica numa elevação no ponto de ebulição da água levando-a ao estado de sobre-ebulição (ebulição com pressão acima da pressão normal). Isso, evidentemente, requer maior quantidade de calor da fonte térmica e, como a potência térmica é suposta constante, resultará num maior tempo de aquecimento. Quanto mais longo o tubo, maior a pressão no frasco, mais elevada a temperatura de sobre-ebulição, maior será o tempo de aquecimento e maior será o período das erupções. Erupção: cada centímetro cúbico de água, ao passar ao estado de vapor, tem seu volume aumentado para cerca de 1 500 centímetros cúbicos! Se isso não é permitido, a pressão sobe a ponto de elevar o líquido contido no tubo, levando-o para a bacia. Com isso, a pressão no frasco diminui, abaixa bruscamente o ponto de ebulição da água, ocorrendo uma vigorosa conversão de líquido para vapor e então, temos a erupção. Refluxo: depois que a erupção reduz sua velocidade, uma pequena quantidade de água fresca da bacia fluirá tubo abaixo e ocasionará uma condensação parcial do vapor do tubo e frasco. Isto diminuirá a pressão no interior do aparelho (um "vácuo" parcial) permitindo que a pressão atmosférica faça entrar mais água fresca no frasco; nova condensação, nova queda de pressão, nova entrada de água fresca, é o refluxo. O refluxo dá-se com um som característico, algo parecido a um arroto. E tudo recomeça ... Além da ebulição e erupção podem ser observados tremores de vários tipos, como também o efeito de martelo-d'água (golpe de aríete) quando a água fica, momentaneamente, impedida de retornar ao tubo pela pressão de vapor existente. Cuidados Montagens
da opção (2) Eis duas versões:
A primeira, cujo suporte pode ser feito com ferro de construção de 3/8", tem um reservatório inferior também de ferro e soldado no tubo de ferro galvanizado de ½". A extremidade superior desse tubo apresenta rosca em uma extensão de 10cm e foi utilizada para fixar, mediante arruelas e porcas, a bandeja de alumínio. A segunda é totalmente feita com folha de flandres (material usado, por exemplo, para calhas de residências). Trabalho de funileiro, com excelente rigidez e apresentação. Esse modelo de gêiser, com tubo de 2 metros de comprimento e sob ação da chama baixa de um bico de Bunsen, entra em erupção de 4 em 4 minutos, aproximadamente. A água no reservatório inferior entra em ebulição ao redor dos 107 graus célsius. Fui informado, por e-mail, que um grupo de alunos de uma escola efetuou a montagem acima, substituindo o tubo de ferro ou alumínio por uma mangueira de alta pressão, com excelentes resultados. Ah! Informaram, ainda, que para o reservatório inferior foi utilizado o corpo de uma espiriteira (lamparina) metálica. Parabéns! A Escola está de especial parabéns, pela ética aprimorada, citando a fonte do projeto e o nome do autor, como informou o consulente que assistiu à Feira de Ciências dessa escola.
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