O experimento de Clement-Desormes no século XXI

Abstract

Recebido em 20/8/09; aceito em 6/4/10; publicado na web em 30/7/10 THE CLEMENT-DESORMES EXPERIMENT IN THE 21 st CENTURY. The Clement-Desormes experiment is reviewed. By reason of a finite difference between the pressure within the system and its surroundings, Bertrand and McDonald have criticized the usual consideration of the adiabatic expansion as reversible. Garland, Nibler and Shoemaker oppose, defining regions through virtual boundaries where the surroundings do not operate. For Holden, the use of virtual boundaries is expendable. Experiments cannot support a hypothesis testing due to experiment's intrinsic uncertainty. The role of polytropy in uncertainty is discussed. Both thermodynamic definitions and kinetic model depict the real processes as irreversible phenomena and the reversible ones as a limiting hypothetical case.Keywords: heat capacity; reversible; Clement-Desormes. INTRODUÇÃOO experimento de Clement-Desormes 1 data de 1819. Aperfeiço-ado posteriormente por Gay-Lussac e Welter, 2 objetiva determinar a relação, g, entre as capacidades caloríficas molares de um gás à pressão constante, C P,m , e a volume constante, C V,m : g = C P,m / C V,m . Mais precisamente, objetiva determinar C V,m , já que, para alguns autores, 3 g é uma relação de conveniência dependente da validadeNeste experimento, o escape do gás tem sido descrito no contexto de um sistema fechado. Introduziram-se fronteiras imaginárias e deduziram-se equações que -argumenta-se -, se aplicam apenas à parte do gás que permanece no recipiente após a rolha ter sido recolocada. 4 Revelaram-se empecilhos para, por exemplo, explicar como uma equação faria distinção entre as partes de um sistema homogêneo, fechado e em equilíbrio; ou, ainda, explicar qual seria o critério para determinar o limite da fronteira imaginária. Holden 5 prescindiu destes artifícios e formulou o escape em sistema aberto.A reversibilidade foi questionada por Bertrand e McDonald,6 porque a expansão do gás ocorre contra a atmosfera, cuja oposição é constante. A reversibilidade exige pressão opositora variável. Por isso, eles apresentaram uma nova proposição. A politropia (troca de calor entre um sistema termodinâmico e sua vizinhança favorecida pela imperfeição do isolamento térmico) é quase um corolário da imposição da reversibilidade, a qual exige lentidão. Em contrapartida, lentidão favorece troca de calor, que, no presente caso, é fonte de erro. Os aspectos que fazem do experimento de Clement-Desormes objeto de revisão são: o escape do gás; a reversibilidade da expansão de um gás contra a atmosfera; a politropia. Trata-se de tema acadê-mico, no escopo da Físico-química. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTOEnche-se um recipiente grande (20 L) de parede grossa (6 mm) com um gás numa pressão, P 1 , maior que a pressão atmosférica, P atm . Aguarda-se o equilíbrio térmico. Abre-se e fecha-se rapidamente (1 s) o recipiente, de modo que as pressões interna e atmosférica se igualem, P 2 = P atm . O gás se resfria, pois a parede grossa, além de um gargalo largo (50 mm), minimiza a troca d...