Pisca-pisca, por dilatação

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Para a montagem desse interessante dispositivo dinâmico, que evidencia a dilatação dos gases (ar, no caso), necessita-se do seguinte material: 
- uma lâmpada incandescente de 40 ou 60 W (110 V) e seu respectivo soquete, 
- uma lata cilíndrica com tampa destacável (tipo fermento em pó, leite em pó etc), 
- tubo de vidro em U (diâmetro de 3 a 5 mm), 
- pequena quantidade de mercúrio (Hg) [ou água levemente acidulada], 
- conexão de borracha ou látex e 
- fios de ligação.

Abaixo ilustramos aspecto final da montagem, para facilitar a descrição a seguir (uma figura vale mais que mil palavras!).  

Um pequeno tubo de cobre ou latão, em forma de L, deve ser parcialmente introduzido num orifício praticado no centro da tampa da lata e a seguir soldado (use soldador de 100 W e solda comum). Um pequeno tubo de borracha ou látex fará a conexão desse tubo metálico com o tubo de vidro em forma de U. Dois fios de cobre encapados (tipo extensão de telefone) são introduzidos no tubo de vidro. No ramo da esquerda, esses fios têm uma pequena porção de seu isolamento retirado, lixando-se as extremidades descobertas.  

Introduz-se Hg no tubo de vidro, até cobrir as extremidades desencapadas dos dois fios, conforme se ilustra acima.
Um dos fios que saem pelo ramo da direita vai direto a um dos pólos da rede elétrica domiciliar (110 V) e o outro vai a um dos terminais do soquete da lâmpada. Do outro terminal do soquete vai um fio de ligação até o outro pólo da tomada da rede elétrica.  
A lâmpada pode ser colocada sob a lata (como na primeira ilustração), ao lado dela, ou, com as devidas adaptações, dentro da própria lata, ficando lá hermeticamente fechada (colocar bornes isolados da lata para as ligações do soquete) .

Na temperatura ambiente (na qual foi feita a montagem), o Hg “molha” as duas extremidades desencapadas dos fios, fechando o circuito elétrico — a lâmpada acende.
Com o aquecimento, o ar do interior da lata expande­se (devido à irradiação e/ou convecção provocada pela lâmpada acesa) e empurra o Hg do ramo da esquerda do tubo em U (a pressão do ar na lata toma-se maior que a pressão atmosférica), descobrindo as extremidades dos fios, interrompendo o circuito elétrico — a lâmpada apaga.

Trocando calor com o ambiente, o ar do interior da lata esfria, contrai-se, sua pressão diminui e o mercúrio retoma ao nível primitivo (igual nos dois ramos), restabelecendo o circuito (lâmpada acende). O ciclo reinicia.

Para se aproveitar da energia radiante da lâmpada acesa (caso a lâmpada seja colocada ao lado da lata), convém pintar o exterior da lata com tinta preta opaca. Os devidos suportes para tal montagem ficam por conta da habilidade do montador.

O experimento destaca:

a)  a dilatação térmica dos gases;
b)  a lei: sob volume constante, a pressão do gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta. 
      Nota: A variação de volume devido ao abaixamento do nível de Hg é bem pequena em confronto como volume do ar da lata. Para medir a temperatura do ar basta introduzir um termômetro (com rolha, através da tampa) na lata; a pressão é medida pelo desnível do Hg nos dois ramos;
c)  a convecção do ar, transferindo calor da lâmpada para a lata, quando a lâmpada é colocada sob a lata;
d)  o calor radiante proveniente da lâmpada e a absorção de parte desse calor pela superfície negra da lata; e)  um interruptor de Hg;
f)   um “feedback” positivo: a própria temperatura, desliga a fonte de calor;
g)  um manômetro de Hg;
h)  um termômetro a gás a volume constante.