Os experimentos de Joule e a primeira lei da termodinâmica

Abstract

A formulação do princípio da conservação da energiaé um exemplo de longo amadurecimento, quase dois séculos e meio, de uma idéia que se tornou uma das leis básicas da física e cuja generalização foi alcançada ao ser formalizada como primeira lei da termodinâmica. No presente artigo, apresenta-se uma análise das diferentes formulações da primeira lei com o objetivo de resgatar informações históricas que poderão contribuir para o ensino da termodinâmica. O estudo mostra que no final do século XIX já se considerava difícil afirmar quem teria descoberto o princípio da equivalência entre calor e trabalho, já que diversos estudiosos haviam abordado o tema, e como as meticulosas pesquisas experimentais de Joule permitiram a demonstração da equivalência de diferentes tipos de energia e contribuíram de forma definitiva para a elaboração da primeira lei da termodinâmica. Palavras-chave: conservação da energia, primeira lei, termodinâmica, história da ciência.The formulation of the principle of conservation of energy is an example of the long maturation, almost two and a half centuries, of an idea that became one of the fundamental laws of physics whose generalization was attained when it was formalized as the first law of thermodynamics. In this paper, an analysis of the different formulations of the first law is presented, aimed at rescuing historic information that could contribute to the teaching of thermodynamics. It is shown that by the end of the nineteenth century it was already difficult to affirm who discovered the principle of equivalence of energy, because several scholars were interested in this subject, and how the meticulous experiments of Joule allowed the demonstration of equivalence among different kinds of energy and contributed definitively to the elaboration of the first law of thermodynamics. Keywords: energy conservation, first law, thermodynamics, history of science. IntroduçãoNo início de um curso de termodinâmica, pode ocorrer que estudantes mais curiosos ou impacientes façam a pergunta "o queé entropia?" e, muito mais raro, que perguntem "o queé energia?". Uma ou outra dessas questõesé certamente motivo de tergiversação para quase todos os professores, embora muitos autores definam termodinâmica como a ciência que trata da energia e da entropia ou, simplesmente, a ciência que estuda a energia e suas transformações. Apesar de ambas as palavras serem bastante empregadas no cotidiano de jornalistas, economistas e pessoas de um modo geral, seus respectivos conceitos em termodinâmica não são evidentes e, em geral, acabam reportando-se ao papel que cada uma dessas propriedades desempenha na formulação matemática da disciplina. Tais dificuldades também são discutidas no texto básico de Van Hess [1].É costume associar energiaà sua capacidade de produzir trabalho enquanto que entropiaé definida como uma função que mede a irreversibilidade de um processo. No caso da energia, parece que todos conhecemos o seu significado, ficando mais claro quando o associamos a "algo que devemos pagar para poder realizar c...

Das Limitações Histórico-Conceituais das Apresentações do Conteúdo de Entropia nos Livros de Física do Ensino Superior à uma Proposta de Ensino Fundamentada em Fatos Históricos

“…A importância de uma retrospectiva histórica, como estratégia didática na apresentação de uma lei da natureza, é discutido também por Passos (2009). Neste exemplo, o autor defende que uma retrospectiva histórica nos propicia um entendimento apropriado sobre o princípio da equivalência mecânica do calor, compreendendo este princípio de forma mais ampla e não somente como uma determinação do fator de conversão entre trabalho e calor.…”

Análise Histórica Do Conceito De Calor Nos Trabalhos De Joule E Implicações Para O Ensino De Física

“…Se o calórico fosse liberado no experimento, conforme defendiam os caloristas, em um determinado momento todo o calórico seria esgotado. Entretanto, Rumford percebe que o atrito entre a broca e o tubo de canhão poderia gerar calor inesgotavelmente (Roller, 1950;Passos, 2009;Gomes, 2012). Dessa forma, a partir de seus estudos, ele conclui que um corpo não pode ser capaz de fornecer ilimitadamente uma substância material.…”

“…Vale ressaltar que, segundo Fox (1971, p. 104 (Queirós, Camargo & Nardi, 2009, p. 3), visto que a invenção da pilha de Alessandro Volta, em 1800, propicia, de forma direta e indireta, uma série de descobertas referentes aos processos de conversão (Passos, 2009;Kuhn, 2011b). O segundo fator, de acordo com Kuhn, é um produto secundário da revolução industrial, sendo importante na determinação quantitativa da conservação da energia (Queirós, Camargo & Nardi, 2009;Kuhn, 2011b).…”

Experimentação No Ensino De Ciências E a Formação De Professores - Projeto Pibid

“…Tais informações, quase sempre, não se relacionam aos conhecimentos prévios que os estudantes construíram ao long relação entre o que o aluno já sabe e aquilo que ele está aprendendo, a aprendizagem não é significativa (Moreira, 201 em sala de aula são teorias que levaram anos e até mesmo séculos para serem formalizadas no modo no qual estão particular, a teoria da conservação da energia, do efeito Joule e da capacidade térmica tiveram um longo tempo de am forma como a conhecemos atualmente (Passos, 2009).…”