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Calefação
(um processo físico de vaporização)

Prof. Luiz Ferraz Netto[Léo]
leobarretos@uol.com.br

Introdução
Destaquemos um fenômeno de observação corriqueira. Se agitarmos os dedos molhados com água sobre uma placa metálica muito bem aquecida, veremos a divisão dessa água respingada em gotinhas mais ou menos esféricas (estado esferoidal) a rolarem pela placa -- a dança das gotículas -- e que, só lentamente, serão convertidas para vapor.
Se a placa for ligeiramente côncava, lembrando uma pequena 'antena parabólica', a água não se divide; forma volumosa massa de bordas arredondadas e agitadas, a qual desaparecerá lentamente, sem chegar a ferver.

Esse modo particular de vaporização, em aparência contraditório com as leis da ebulição, recebeu a denominação de calefação.
Ocorre, via de regra, quando um líquido é posto em contato com um sólido muito mais quente do que ele; especificamente, quando a temperatura do sólido é superior à temperatura de ebulição do líquido. Quando o sólido se resfria, o estado de calefação cessa e o liquido vaporiza-se instantaneamente em contato com a parede quente. A calefação foi estudada por Boutigny, Tyndall, Faraday, Gossart e outros.

Experimentos clássicos
A) Levar quase ao rubro uma cápsula de cobre ou de prata (ilustração a) e deitar nela pequena quantidade de água. Esta se reduz a um glóbulo, às vezes agitado de pulsações regulares.

B) Pode-se, a exemplo de Tyndall (ilustração b), inverter o experimento, colocando-se em água fria a cápsula previamente levada ao rubro; a água pouco ou nada se vaporiza; mas quando a cápsula se resfriou bastante, percebe-se o chiado ordinário e a nuvem de vapor que o acompanha, do mesmo modo que ocorre com a imersão do ferro em brasa na água.

Leis da calefação
I) O glóbulo calefeito (estado esferoidal) não toca a superfície quente.
Podemos constatar isso mediante vários experimentos; vejamos:

a) Se a placa estiver crivada de orifícios, o liquido calefeito não os atravessa.
b) Na calefação do ácido nítrico sobre uma lâmina de prata muito aquecida, o metal não é atacado pelo ácido.
c) Com uma lâmina na horizontal e água colorida, os raios de luz de uma vela passam entre o glóbulo calefeito e a placa; é a experiência de Boutigny (ilustração c).

d) Se ligamos um dos pólos de uma pilha à cápsula  e o outro ao glóbulo, a corrente elétrica fica interrompida (ilustração d) -- constatada pela campainha ligada em série --. Se resfriarmos a cápsula, a gota achata-se, entra em contato com ela, fecha o circuito (a campainha toca!) e vaporiza-se muito depressa. (A água do glóbulo deve ser acidulada para torná-la condutora).

II) A temperatura do glóbulo calefeito é inferior à temperatura de ebulição do liquido.
    Eis alguns experimentos:

e) Introduzindo-se num glóbulo de água em calefação o reservatório de pequeno termômetro, ou melhor, um sensor termoelétrico, vê-se que a temperatura permanece sempre abaixo de 100°C.
f) Introduzindo-se um pouco de bióxido de enxofre liquefeito num cadinho levado ao rubro, o glóbulo mantém-se em calefação a uma temperatura inferior a - 10°C (ponto de ebulição normal). Se despejarmos no cadinho um pouco de água, esta se congela. Essa experiência foi proposta por Boutigny.

Mecanismo da calefação
Quando se derrama o liquido sobre a placa rubra, a temperatura das partes superficiais das gotas, que defronta a superfície metálica, é bastante elevada para que se produza ativa vaporização. O vapor formado tem tensão considerável, capaz de sustentar o líquido, à maneira de uma mola elástica. O vapor interposto constitui uma camada ou colchão que impede o contato com a placa (lei I). Por outra parte, estando o líquido separado do sólido quente, a temperatura não poderia elevar-se senão por irradiação; ora, como sabemos, os líquidos se deixam atravessar facilmente pelo calor radiante, sem aquecer-se sensivelmente. Desse modo, o liquido calefeito pode manter uma temperatura inferior à do seu ponto de ebulição normal (lei II),
A irregular formação da camada de vapor que sustenta a gota pode, eventualmente, formar pequenos jatos, que são os responsáveis pela constante agitação da gota ou mesmo sua movimentação em placas planas.

Fenômenos explicados pela calefação
a) Explosões em caldeiras de máquinas a vapor pode ocorrer, algum tempo depois de extinta a fornalha. Este fato, de aparência paradoxal, encontra explicação plausível no fenômeno de calefação. Com efeito, as águas, muitas vezes calcárias, empregadas no abastecimento das caldeiras, depositam, com o tempo, incrustações que impedem o contato da água com as paredes metálicas. Como o depósito de sal é mau condutor térmico, as partes subjacentes da caldeira podem ser levadas à temperaturas bem superior à da ebulição da água. Se, nesse momento, se rompe a crosta calcária (que, aliás, é muito frágil), a água, encontrando paredes superaquecidas, toma o estado de calefação e o conserva enquanto se ativa o fogo. Extinguindo-se este, a temperatura abaixa e as paredes se resfriam lentamente. Em dado momento, cessa a calefação; a água toca diretamente as paredes ainda bastante quentes para provocarem a vaporização repentina que faz explodir a caldeira.
A seguinte experiência, devida a
Boutigny, ilustra tal explicação:
Depois de se ter aquecido ao rubro uma pequena caldeira, despeja-se um pouco de água e arrolha-se fortemente. A água toma o estado de calefação. Afastando-se, então, a chama, a caldeira esfria. Chega um momento em que a água se reduz de chofre a vapor. A pressão desenvolvida pelo vapor é suficiente para arremessar violentamente a rolha.

b) A calefação explica porque um mágico pode impunemente lamber um ferro em brasa: a umidade da língua entra em calefação e impede o contato com o ferro. Do mesmo modo, pode-se impunemente mergulhar, por um instante, a mão num banho de chumbo fundido, cortar com a mão um jato de ferro ou de vidro em fusão; basta que o operador tome o cuidado de umedecer previamente a mão com líquido volátil, água, álcool etc.

c) Com o ar liquido ou outros gases liquefeitos, cuja temperatura é excessivamente baixa, é o calor da mão que calefaz o gás liquefeito. Apesar da calefação efetivar alguma proteção, não recomendamos ao aluno colocar o dedo dentro de um vaso de Dewar contendo nitrogênio líquido.
 

 


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