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1. Introdução

O presente trabalho enquadra-se na disciplina de física, tendo como objecto de

estudo as experiências de James Prescott Joule e Benjamin Thompson, Conde de Rumford,

onde iremos debruçar em torno de conceitos como calor, trabalho ou seja de energia.

Para a maior parte das pessoas energia é um conceito muito vago e sujeito a várias

interpretações erradas. É confundido com força, trabalho e até velocidade.

Foi a partir da necessidade de contextualizar conceitos como energia, calor e

trabalho que surgiu o tema deste trabalho.

É, assim triplo, o objetivo deste trabalho:

Estabelecer uma relação entre teoria e o experimento e compreender o papel do

experimento na construção do conhecimento;

Demonstrar a equivalência entre trabalho e calor e outras formas de energia a partir

de experiências realizadas por Joule;

Estabelecer a relação entre a hipótese formulada por Thompson e as conclusões que

resultaram do experimento da radiação do frio.

O trabalho está dividido em dois capítulos seguidos de considerações finais. No

primeiro capítulo, apresentamos uma visão geral da evolução do conceito de calor que é

fundamental para entendermos os experimentos realizados por Joule e o Equivalente Joule-

Caloria.

No segundo capitulo, analisamos o experimento do canhão, apontando para alguns

aspectos que o teriam influenciado teoricamente no que diz respeito à formulação da sua

ideia de calor e analisamos também o experimento realizado por Pictet e Thompson sobre a

aparente radiação do frio.

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CAPÍTULO 1

Neste capítulo buscaremos apresentar uma visão geral da evolução histórica do conceito de calor que é fundamental para entendermos os experimentos realizados por Joule e o Equivalente Joule-Caloria e também analisamos numa visão geral a biografia do físico James Prescott Joule.

1. A evolução do conceito de calor

Historicamente, foi longo o caminho percorrido na busca de uma definição clara do

conceito de calor. Frequentemente, e ainda hoje no senso comum, calor e temperatura são

duas grandezas que dificilmente se distinguem.

A noção de que um sistema pode variar a sua energia trocando trabalho e/ou calor é um

dado recente na história da Ciência.

Trabalho e Calor eram grandezas com unidades diferentes. A caloria, unidade histórica

de calor, definia-se como a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a

temperatura de um grama de água à temperatura inicial de 14,5ºC.

I. Teoria do Flogisto - Georg Stahl

A primeira teoria explicativa da libertação de calor durante uma combustão surge na

segunda metade do século XVII - Teoria do Flogisto. Segundo esta teoria, proposta por

Georg Stahl (1660-1734) químico e médico alemão, os corpos combustíveis teriam como

constituinte um elemento - o flogisto - que, no momento da combustão, abandonaria o

corpo, alterando as suas características.

Uma das limitações desta teoria era o facto de não explicar o aumento de massa

observado na combustão de um metal; se este perde flogisto a sua massa deveria diminuir.

Esta teoria vigorou até 1777, ano que em que Antoine Laurent Lavoisier (1734-1794),

químico francês por alguns considerado como o pai da química moderna, a derrubou

definitivamente explicando a combustão como uma simples reacção química com o

oxigénio.

II. Teoria do Calórico (combustão como uma simples reacção química com o oxigénio)

– Antoine Lavoisier

No seu trabalho Traité Élémentaire de Chimie, 1789, Lavoisier enumerou vinte e três dos

elementos conhecidos atualmente e incluiu nessa classificação a luz e o calórico.

Este último, o calórico, estaria incorporado na matéria. Assim o gás oxigénio seria

constituído por oxigénio e calórico.

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Numa combustão o oxigénio era incorporado pelo combustível e o calórico libertado.

Segundo a Teoria do Calórico, um corpo a alta temperatura conteria muito calórico, ao

passo que outro a temperatura inferior conteria menos calórico.

Quando dois objectos nessas condições, eram colocados em contacto, o mais rico em

calórico transferiria uma parte dele para o outro.

Esta transferência obedecia a uma lei de conservação - a quantidade de calórico cedida

pelo corpo quente era igual à absorvida pelo corpo frio. Esta teoria era capaz de explicar

diversos fenómenos físicos, como por exemplo, a condução do calor, contudo a ideia de que

o calor era uma substância e como tal teria peso, não resistiu às evidências em contrário

que começaram a surgir no fim do século XVIII.

O próprio Lavoisier registou que um corpo aquecido não pesava mais do que quando

estava frio pelo que era impossível associar peso ao calórico.

III. Teoria do calor como movimento das partículas- Julius Mayer e Conde Rumford

Em 1798, Benjamin Thompson (1753-1814), Conde Rumford, físico norte-americano

exilado em Inglaterra, observou que ao brocar os metais para fabricar peças de artilharia,

estes aqueciam de tal forma que era necessário mergulhá-los em água fria que rapidamente

passava à fervura. O aquecimento era produzido pela broca, o que significava que o calor

poderia ser produzido por fricção e não por fornecimento de calórico.

“ Conclui, após a realização de variadas experiências, que o calórico não existia e que o

calor era devido ao movimento das partículas dos corpos.”

No entanto a Teoria do Calórico manteve-se como a mais popular pois explicava, de uma

forma simples, fenómenos como a condução e a conservação do calor e permitia a

existência de uma ciência quantitativa do calor recorrendo ao termómetro.

Julius Robert Mayer (1814-1878), médico e físico alemão, foi o primeiro a atribuir ao

calor a designação de energia e a estabelecer, baseado em considerações teóricas, o

equivalente mecânico do calor (1842).

Propôs, ainda, que as diferentes formas de energia são quantitativamente indestrutíveis

e qualitativamente convertíveis.

As suas descobertas foram, no entanto, menosprezados pela comunidade científica e só

alguns anos mais tarde, devido à comprovação experimental efetuada por James Joule, lhe

foi reconhecido o mérito e vários dos seus estudos foram publicados.

Para alguns historiadores Mayer foi o mais injustiçado dos físicos pois tendo sido ele o

primeiro a formular a Lei da Conservação da energia e a publicar resultados sobre o

equivalente mecânico do calor foi Joule que teve o seu nome imortalizado como unidade de

energia do SI. Em 1843 a Teoria do Calórico estava definitivamente afastada.

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2. Breve Biografia de James Prescott Joule (1818-1889)

James Prescott Joule foi um físico e cervejeiro britânico. Estudou,

juntamente com seu irmão, com Dalton. Joule colaborou com William

Thomson, mais conhecido como Lorde Kelvin no desenvolvimento da

escala absoluta de temperatura, hoje denominada escala Kelvin.

Também formulou a lei entre o fluxo de corrente através de uma

resistência elétrica e o calor dissipado por ela. Com esse trabalho,

ele esperava ingressar na Royal Society, mas como não era

engenheiro nem trabalhava na academia, era visto como apenas um amador de província.

Felizmente, a história lhe fez justiça e essa lei é hoje chamada de Lei de Joule.

No entanto, sua contribuição mais revolucionária para a Física foi para a Primeira lei da

Termodinâmica e para o Princípio de Conservação de Energia, especialmente por seu

famoso experimento que demonstra a equivalência entre calor e trabalho.

3. A Experiência de Joule- Equivalência entre Trabalho e Calor

Em 1845, Joule enviou uma carta ao editor da revista Philosophical Magazine em

que descrevia a sua experiência e divulgava os valores obtidos para a equivalência entre

trabalho e calor.

A roda movia-se com grande resistência na cuba de água pelo que os pesos (cada

um de 4lbs) caíam a uma velocidade muito pequena – 1 pé por segundo.

Estes pesos encontravam – se a uma altura de 12 jardas e, consequentemente

quando os pesos atingiam o solo era necessário içá-los novamente de forma a manter o

movimento da roda.

Depois desta operação ser repetida 16 vezes o aumento de temperatura da água

era registado por um termómetro bastante sensível.

Com vista a eliminar os efeitos de aquecimento ou arrefecimento provenientes da

atmosfera esta experiência foi repetida 9 vezes.

Podemos, então, concluir que a existência de uma relação de equivalência entre o

calor e as formas comuns de energia está demonstrada; e assumir 817 lbs, média das três

classes de experiências, como equivalente, até que experiências mais precisas sejam feitas.

Em 1850, Joule apresentou aos membros da Royal Society uma nova monografia

onde revia todo o seu anterior trabalho, descrevia pormenorizadamente o equipamento

utilizado e apresentava o registo de todas as medidas efetuadas bem como a sua análise

estatística.

Figura 1- James Prescott Joule http://www.fisica-interessante.com

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O equipamento experimental, Figura 2, desenvolvido por Joule consistia numa roda

de pás colocada horizontalmente numa cuba que continha água.

Esta roda era colocada em movimento através de um molinete ao qual se ligavam

duas massas. A queda das massas arrastava então as pás, por meio do molinete, e a fricção

gerada pelo movimento das pás na água aquecia-a.

A cuba (calorímetro) era um vaso cilíndrico de cobre contendo no seu interior 4

placas verticais fixas em intervalos de 90º e um agitador de latão com 8 pás presas a um

eixo vertical (roda de pás) isolado por um revestimento de madeira capaz de minimizar as

perdas de calor por condução.

As massas, de 29 lbs ou 10 lbs, eram suspensas por cordas num eixo ligado a uma

roldana. As roldanas ao moverem-se faziam girar o eixo vertical da roda de pás.

Depois de caírem de uma altura de cerca de 5 pés, eram recolocadas no eixo e caíam

novamente. Este processo era repetido vinte vezes.

Figura 2- Equipamento para determinação do equivalente mecânico do calor -

Experiência de Joule.

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Entre o equipamento e o experimentador existia uma placa de madeira de forma a

anular o calor irradiado pelo experimentador. A temperatura do laboratório era registada

antes, durante e depois da experiência.

Desta forma, Joule determinava se o aumento de temperatura do banho teria como

causa apenas a fricção ou também a radiação proveniente da atmosfera envolvente.

O termómetro utilizado era bastante sensível detectando diferenças de 1/100 ºF5. A

precisão das temperaturas registadas é duvidosa tendo em atenção as condições em que a

experiência foi realizada.

A fim de determinar com precisão a quantidade de calor envolvida na experiência,

Joule determinou o calor específico do cobre e do latão da roda de pás. Relatou, ainda, uma

série de experiências semelhantes às efetuadas anteriormente mas para as quais utilizou

jogos diferentes de palhetas para a roda de pás: um de latão, um de ferro forjado e um

último de uma liga de ferro e carbono. Os dois últimos jogos foram mergulhados também

em mercúrio. Joule demonstrou, assim, que a relação entre trabalho e calor não dependia

dos materiais nem dos processos utilizados.

Segundo Joule: “Eu concluo, tendo em conta os resultados experimentais relatados

neste documento, primeiro que a quantidade de calor produzida pela fricção dos corpos, no

estado sólido ou liquido, é sempre proporcional à quantidade de força despendida, segundo

que a quantidade de calor capaz de aumentar, em 1ºF, a temperatura de 1 libra de água

(pesada em vácuo entre 50ºC e 60ºC) é equivalente à energia produzida por uma força

mecânica responsável pela queda de 772 lbs de uma altura de 1 pé.”

Atualmente o valor aceite é 778 lbs-pé o que atesta o extremo rigor das

experiências de Joule. Analisando esta experiência à luz dos conhecimentos atuais a energia

transferida para a água provém da energia potencial gravítica inicial das massas:

+ = + +

Visto que a energia cinética inicial e a energia potencial gravítica final são nulas e

que a energia cinética final é desprezável, = .

Sendo M a massa dos corpos em queda e h a altura da qual caiem.

A quantidade de calor transferida para a água de forma a elevar a sua temperatura é

dada por:

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Onde:

m é a massa da água;

c – capacidade térmica mássica

- variação da sua temperatura

Desprezando perdas de energia por condução, convecção e radiação:

Desta expressão pode-se determinar c em J kg-1 ºC-1. Como a capacidade térmica

mássica da água, por definição é 1 cal g-1 ºC-1 obtêm-se a equivalência entre o calor e o

trabalho (equivalente mecânico do calor).

O valor encontrado por Joule, 772 lbs-pé, corresponde a um fator de conversão 1cal

= 4,150J7 o que representa um erro inferior a 1% (0,72%) relativamente ao valor atualmente

aceite, 1cal = 4,18 J.

No entanto, a visão de Joule encontrou muita resistência, especialmente por, de forma

semelhante ao experimento de Rumford por implicar num suprimento inesgotável de

calórico, aparentemente contradizendo a Teoria do calórico.

4. Considerações Finais

Como vimos Joule foi um físico e cervejeiro e teve sua contribuição mais revolucionária

para a Física na Primeira lei da Termodinâmica e para o Princípio de Conservação de Energia,

especialmente por seu famoso experimento que demonstra a equivalência entre calor e

trabalho.

Na história da ciência, o equivalente mecânico do calor foi um conceito que teve uma

parte importante no desenvolvimento e aceitação da conservação da energia e no

estabelecimento da ciência da termodinâmica no século XIX. O conceito estabelece que o

movimento e o calor são mutuamente intercambiáveis e que em cada caso, uma dada

quantidade de trabalho irá gerar a mesma quantidade de calor. A identificação do calor

como uma forma de energia levou ao problema de determinação da "taxa de câmbio" entre

caloria e a unidade mecânica de energia. As experiências para a determinação desse

equivalente mecânico da caloria foram realizadas por Joule.

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CAPÍTULO 2

Nesse capítulo buscaremos apresentar uma visão geral da biografia do Conde de

Rumford, do experimento do canhão, apontando para alguns aspectos que o teriam

influenciado teoricamente no que diz respeito à formulação da sua ideia de calor e

analisamos também o experimento realizado por Pictet e Thompson sobre a aparente

radiação do frio.

1. Breve Biografia Conde de Rumford (1753-1815)

Sir Benjamin Thompson, Conde de Rumford ou simplesmente

Rumford, como é mais conhecido na Física, foi um físico e

inventor anglo-americano.

Em 1772, casou-se, na cidade então denominada Rumford, com

a rica herdeira Sarah Rolfe, através de cuja influência, tornou-se

major da Milícia de New Hampshire.

Durante a Guerra Civil Americana, foi ativista contra o

movimento de independência. Perseguido pelos revoltosos,

abandonou a esposa e a casa e aderiu às tropas britânicas.

Durante este período, estudou o poder da pólvora, o que lhe

valeu uma publicação em 1781 no Philosophical Transactions of the Royal Society e a

reputação de cientista.

Com o fim da guerra, mudou-se para a Inglaterra, onde recebeu o título de cavaleiro (Sir),

posteriormente recebe o título de Conde de Rumford, e casou-se, em 1804, com Marie-

Anne Pierette Paulze Lavoisier, viúva de Lavoisier.

2. A descoberta do Calor- Experiência do Canhão

Enquanto deslocado na Bavária, Rumford observou o calor gerado pela perfuração de

canhões no Arsenal de Munique, como se estivessem sendo aquecidos por fogo.

Numa experiência, ele colocou o equipamento dentro da água e observou que, não só a

água chegava a ferver, como o suprimento de calor parecia inesgotável, o que era

incompatível com a Teoria do calórico.

Figura 3- Benjamin Thompson, Conde Rumford

(http://www.wikipedia.pt)

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Rumford desenvolve, então, a ideia de que calor é uma forma de energia cinética.

O experimento do canhão consistia em friccionar partes metálicas de canhões de

modo a aquecer certa quantidade de água com o calor produzido pela fricção. Naquela

época, estudiosos da natureza assumiam a ideia de calor como um fluido imponderável,

presente em toda a matéria.

Este fluido, portanto, se conformaria ao volume do corpo em que estivesse contido.

Além disso, pelo fato de todo corpo ser finito em suas dimensões, o calórico não poderia ser

infinito. Ao realizar o experimento do canhão, Rumford observou que o calor produzido pelo

atrito entre partes metálicas parecia não ser finito, pois era possível elevar a temperatura de

certa quantidade de água até seu ponto de ebulição por horas.

A partir desses resultados Rumford concluiu que o calor não poderia ser um fluido,

pois se assim fosse, a realização desse experimento teria sido impossível. Em outros termos,

de acordo com a teoria do calórico, o calórico deveria ocupar aquele volume limitado ao

corpo que ocupava de modo que, logo depois de algumas horas, não deveria mais ser

possível a produção de calor e o consequente aumento de temperatura, visto que o calórico

era limitado.

Ao notar a possibilidade de que o calor, portanto, pudesse não ser um fluido, Rumford

passou a levantar algumas hipóteses. Uma delas afirmava que o calor deveria ser o

movimento do éter estimulado pela vibração das partículas dos corpos.

Rumford encontrou inúmeras dificuldades para fazer com que essa ideia fosse aceita.

Apesar de ter procurado fundamentá-la experimentalmente, ele não obteve sucesso em sua

empreitada. Isso porque a teoria do calor como matéria explicava de forma coerente

diversos fenômenos físicos como a dilatação térmica e a mudança de estado da matéria.

Além disso, alguns defensores da teoria do calórico, tais como J. B. Emmentt, explicavam

o experimento do canhão baseando-se na ideia de que a concentração do fluido calórico em

metais era imensamente maior do que em outros materiais de modo que quando as suas

partes metálicas entravam em contato umas com as outras a emissão de calórico era

diminuída. Ou seja, a compressão do metal sobre o calórico evitava a emissão do fluido.

Figura 4 – Experiência do Canhão (http://www.fisica-interessante.com)

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Desse modo, tendo isso em vista, ou seja, que apenas o experimento do canhão e suas

conjeturas não seriam suficientes, Rumford procurou realizar outros experimentos, entre os

quais “O experimento da radiação do frio”.

Os resultados da experiência do canhão foram publicados em 1798, em um artigo

intitulado An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by

Friction (Uma Investigação Experimental sobre a Fonte de Calor que é Excitada por Fricção),

novamente no Philosophical Transactions of the Royal Society. Embora um pouco

tendencioso, este experimento inspirou Joule a estabelecer a relação entre energia

mecânica e calor.

3. Experimento da radiação do frio

Segundo Stephen Goldfarb, Thompson ficou conhecido como o mais importante

defensor da teoria ondulatória do calor.

Seu experimento mais conhecido seria aquele em que as partes metálicas de um

canhão eram friccionadas gerando aumento de temperatura em uma porção de água. Para

conde Rumford este calor gerado parecia ser infinito, diferentemente da concepção dos

adeptos da teoria do calórico.

Por não aceitar integralmente a teoria do calórico, Rumford realizou outros

experimentos por meio dos quais buscou estudar o calor, investigando o seu

comportamento.

Na época em que Rumford vivia, a teoria que explicava o calor era conhecida como

teoria do calórico. Segundo esta teoria, o calor era um fluido imponderável, presente em

toda a matéria, capaz de penetrar qualquer substância.

A matéria então era compreendida como um aglomerado de partículas que se atraíam

mutuamente e se repeliam devido a presença do calórico. Assim, diversos fenômenos físicos

eram explicados por meio da interação resultante da entre essas partículas e o fluido do

calor.

Podemos dizer que fenômenos, como a expansão térmica, por exemplo, obtinham

explicação plausível dentro dessa teoria. De fato, compreendia-se que a presença do

calórico num corpo aumentava a distância entre suas partículas, o que era percetível devido

ao aumento de seu volume.

Podemos dizer que, naquela época, a teoria do calórico era bem-sucedida, visto que,

além de servir de base para outras ideias da física, como o modelo atômico de Dalton,

também solucionava questões teóricas e práticas relacionadas ao estudo do calor.

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Entretanto, nem todos os homens de ciência daquela época compartilhavam dessa

teoria, notadamente Rumford. Diferentemente de outros estudiosos da natureza, tal como

o francês Marc-Auguste Pictet (1752-1825), Rumford concebia o calor como resultado do

movimento.

Os diversos estudos sobre os trabalhos de Rumford, entre os quais do mais

importante biógrafo de Rumford, Sanborn Brown, costumeiramente focam suas pesquisas

quase que exclusivamente em sua teoria do calor e, mais especialmente, no famoso

experimento do canhão. Isso, provavelmente, se deve ao fato de que Rumford ganhara

certa reputação como filósofo natural na década de 1840, com o advento da teoria cinética

dos gases, elaborada por James Prescott Joule (1818-1889)

O experimento da radiação do frio tinha como propósito principal investigar a

natureza do calor através da análise da aparente radiação do frio. Pois, segundo Rumford,

tanto o calor, como o frio, tinham naturezas semelhantes, mas opostos um ao outro.

Esse experimento consistiu em submeter uma fonte fria, neve ou gelo, à presença de

dois espelhos côncavos de modo a observar o caminho percorrido pelos aparentes feixes de

radiação frios emitidos pela fonte.

Convém observar que esse experimento não era original. Ele tinha sido realizado pela

primeira vez por Marc-August Pictet (1752-1825) e publicado em seu trabalho An Essay on

Fire de 1790.

Pictet era um filósofo natural francês e amigo de Rumford. Ele era um grande defensor

da teoria do calórico, como a maioria dos franceses de sua época, e desenvolveu

experimentos que buscavam mostrar o caráter radiante do calor material.

Após ler o trabalho de Pictet, Rumford decidiu realizar o mesmo experimento a fim de

investigar a radiação do frio. O seu entusiasmo a respeito desse experimento era tão grande

que ele veio a realizar uma série de experimentos que investigavam a natureza da radiação

frigorífica.

Os resultados finais obtidos por Rumford por meio desse experimento foram publicados

em 1804 na Philosophical Transactions of the Royal Society of London em 4 um artigo

intitulado “An Inquiry Concerning the Nature of Heat, and the Mode of its Communication”.

Nesse trabalho, Rumford descreve seu experimento de forma detalhada, discutindo e

expondo seu posicionamento quanto à teoria que explicava a propagação do frio e de seu

comportamento semelhantemente à luz.

Rumford, assim como muitos estudiosos da natureza, conhecia as propriedades físicas

dos espelhos esféricos quando esses eram submetidos a fontes luminosas. Ele sabia que ao

incidirem feixes de luz em espelhos esféricos, estes percorreriam caminhos determinados

por sua posição em relação à superfície do mesmo.

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Assim, os raios oriundos das fontes posicionadas no foco de um dos espelhos, ao

incidirem na superfície espelhada, refletiam raios paralelos que, ao encontrar o segundo

espelho esférico, refletiam-se nele convergindo para o foco desse segundo espelho.

Para realizar o experimento, Rumford utilizou espelhos esféricos côncavos, feitos de

metal polido, com distância focal de 45,7cm. Os espelhos foram posicionados a uma

distância de 3m entre si em uma grande sala.

Inspirado por Pictet, Rumford realizou o experimento inserindo fontes quentes e frias

nos focos dos espelhos. Assim, com os dois espelhos posicionados, um de frente ao outro,

Rumford posicionou a fonte quente no foco de um dos espelhos e, um termômetro, no foco

do segundo.

Com essa disposição ele notou imediatamente que a temperatura do termômetro sofria

um acréscimo. Podemos dizer que a ideia proposta por Rumford assumia que o calor se

propagava de modo semelhante à luz.

Na interpretação de Rumford, a fonte quente presente no foco do espelho emitia uma

radiação calórica em todas as direções. Parte dessa radiação incidia no espelho, e seguindo

as propriedades ópticas relacionadas a esses tipos de espelhos, era refletida paralela ao

eixo.

Esses feixes de radiação, por sua vez, direcionavam-se até o segundo espelho incidindo-

se em direção ao foco, onde estava localizado o termômetro, elevando, assim, a

temperatura indicada pelo mesmo.

Assim, a explicação do fenômeno era simples: o feixe de radiação oriundo da fonte

quente chegaria até o termômetro passando pelos dois espelhos seguindo as leis da óptica

geométrica. Cabe observar que esse experimento, em que o calor era radiado pelos

espelhos esféricos, já era conhecido desde a época dos gregos.

Entretanto, a grande novidade dele estava na ideia de introduzir em um dos focos dos

espelhos uma fonte fria, tal como o fizera Pictet em seu experimento.

Tomando muito cuidado e avaliando todas as possíveis propriedades dos espelhos,

Rumford realizou o mesmo experimento de seu amigo francês. Após montado o aparato,

Rumford introduziu uma fonte fria num dos focos de um dos espelhos, e notou a diminuição

da temperatura indicada pelo termômetro. Na interpretação de Rumford, os feixes

frigoríficos emitidos pela fonte teriam saído do foco de um dos espelhos e incidido em outro

espelho.

Ao incidir no segundo espelho, esses feixes se reuniriam no foco do segundo espelho,

onde ainda se encontrava o termômetro, que sofrendo ação dos feixes frios, indicariam a

diminuição da temperatura.

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Nesse experimento, a temperatura do termômetro diminuía de forma a agradar muito a

Rumford.

Logo ele concluía que o calor e o frio teriam naturezas semelhantes e qualquer

descoberta feita na investigação da natureza de um poderia ser estendida ao outro

. Desse modo, baseando-se nesses resultados, Rumford buscou reforçar suas ideias, ou

seja, que o calor (com isso também o frio) teria propriedades imateriais de propagação,

semelhantes à luz, já que submetido às mesmas condições, se comportava da mesma

maneira.

Rumford declarou, assim, sua insatisfação com as tentativas de explicação do fenômeno

que surgiram na época baseadas “na suposição de que o calórico tem uma existência real ou

material e que o calor radiante é essa substância, emitido e enviado em linhas retas, em

todas as direções, das superfícies de água quente corpos.”

Mas Rumford observa em seu texto que a realização desse único experimento ainda

não era capaz de comprovar suas ideias de forma absoluta. Desse modo, ele deu início a

uma série de muitos outros experimentos que tinham como o propósito investigar a

natureza do frio.

Segundo Rumford: “Como o ponto em discussão parece ser de grande importância para

a ciência do calor, me esforçarei para examiná-lo com toda a atenção possível, e submeter a

hipótese em questão ao teste, e observar se ela estará de acordo com os resultados de

alguns dos experimentos anteriores (...) ”.

Estamos acostumados a pensar que o experimento tem papel decisivo no

empreendimento científico. De fato, ele tem. Porém, como mostra a investigação de

Rumford, o experimento da aparente radiação do frio em espelhos esféricos côncavos, não

comprovava e decidia de vez se a teoria do calórico era ou não verdadeira. Isso é notório

quando Rumford observa que é necessário acrescentar a sua pesquisa novas hipóteses que

posteriormente viriam a orientá-lo na elaboração de sua próxima empreitada experimental.

Ou seja, um só experimento não foi suficiente para que Rumford conseguisse ter suas ideias

aceitas.

Podemos dizer que as ideias formuladas por Rumford confrontavam diretamente a

teoria vigente, o calórico. Porém, seria ainda necessário um extenso trabalho, que foi

realizado por ele e outros diversos experimentadores, que considerasse outras inúmeras

hipóteses e experimentos para que a ideia de calor como resultado do movimento fosse

aceita.

Assim, analisar o trabalho de Rumford enriquece nossa compreensão dos diversos

papéis de um experimento no processo da elaboração de uma teoria e de como, nesse

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processo, no caso dos estudos de calor de Rumford, ambos não possuíam papéis bem

definidos.

Enquanto para os defensores do calórico, a explicação para o fenômeno observado já

estava pronta e o experimento em questão só a vinha fortalecer sua teoria, para Rumford o

mesmo experimento tinha a função de gerar razões para se questionar essa mesma teoria.

Discordando das concepções dos defensores do calórico, Rumford explicou esse

experimento assumindo a realidade metafisica do frio. Em outros termos, seus raios

frigoríficos teriam sido emitidos pela fonte fria, localizada no foco, incidindo no espelho

mais próximo e seguindo ate o espelho mais distante, que por sua vez eram refletidos ate o

foco.

O termómetro, assim, receberia essa radiação e sua temperatura diminuiria. Conforme

podemos ver nas figuras 5 e 6.

Figura 5: Representação da direção dos raios frigoríficos saindo da fonte fria e chegando no termómetro.

(Evans & Popp, “Pictet’s Experiment,” 750).

Figura 6: Representação da direção dos raios frigoríficos segundo Rumford. (Evans & Popp, “Pictet’s Experiment,” 738).

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O resultado desse experimento indicaria a confirmação da hipótese inicial de Rumford, ou

seja, o calor radiante teria natureza análoga à do som. O movimento das partículas da fonte

geraria ondulações no éter em derredor do aparato. Essas emanações se comportariam

seguindo as mesmas leis da óptica nos espelhos côncavos.

Podemos dizer que a diminuição da temperatura no foco do espelho revelada pelo

termómetro, indicava a concentração dos raios frigoríficos naquele ponto, fortalecendo,

assim, a ideia inicial de Rumford.

Contudo, ainda assim, não podemos dizer que Thompson conseguiu definitivamente

confirmar sua hipótese. Era necessário ainda realizar outras investigações relativas as

propriedades das radiações frigoríficas. Assim, dando continuidade a sua proposta, Rumford

elaborou uma série de experimentos que investigam a radiação do frio.

4. Considerações Finais

Como pudemos ver, a concepção de calor de Rumford foi elaborada seguindo as

evidências que ele observara em cada um de seus experimentos.

O trabalho An Experimental Inquiry Concerning the Source of Heat Which is Excited by

Friction de 1798, resultado de sua empreitada experimental nos arsenais de Munique, deu-

lhe indícios de suas primeiras ideias sobre o calor.

Essas ideias foram decorrentes das observações das variações de temperaturas geradas

pelo atrito entre partes metálicas dos canhões.

Podemos dizer que o experimento do canhão foi de grande importância pois propiciou

Rumford a fazer suas primeiras indagações no que diz respeito à validade da concepção

material do calor.

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Conclusão

Neste trabalho o grupo abordou sobre experimentos de Joule e Rumford. O trabalho teve

como ponto de partida apresentar as noções de calor, energia e trabalho de modo a tornar

as experiências realizadas por Joules e Rumford mais claras.

Porém, o conceito de calor passou por uma evolução histórica em que podemos destacar

“três fases”, nomeadamente, a “primeira fase” em que o conceito de calor era interpretada

e explicada pela teoria do flogisto que foi elaborada por Georg Stahl. Numa “segunda fase”

o conceito de calor era explicada pela teoria de calórico, em que o calórico estaria

incorporado na matéria e a combustão era vista como uma simples reacção química com o

oxigénio. Entretanto a teoria de calórico possuía limitações e essas limitações foram

explicadas pela teoria do calor como movimento das partículas, defendida pelo Conde

Rumford, que seria no entanto a ”terceira fase” da concepção do calor.

O equivalente mecânico do calor foi um conceito que teve uma parte importante no

desenvolvimento e aceitação da conservação da energia e no estabelecimento da ciência da

termodinâmica no século XIX. As experiências para a determinação desse equivalente

mecânico da caloria foram realizadas por Joule.

A ideia proposta por Rumford após o experimento da radiação do frio assumia que o calor

se propagava de modo semelhante à luz.

Contudo, ainda assim, não podemos dizer que Thompson conseguiu definitivamente

confirmar sua hipótese. Era necessário ainda realizar outras investigações relativas as

propriedades das radiações frigoríficas. Assim, dando continuidade a sua proposta, Rumford

elaborou uma série de experimentos que investigam a radiação do frio.

Concluímos então que o experimento tem um importante papel na construção do

conhecimento.

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Bibliografia

PAULA PORTUGAL ALVES, A experiência de Joule Revisitada, Universidade Nova de

Lisboa Faculdade de Ciências e Tecnologia Departamento de Física, 2013, formato

pdf disponível em: http://run.unl.pt/bitstream/10362/1836/1/Alves_2008.pdf

ELIADE AMANDA ALVES, Benjamin Thompson (Conde Rumford) e o experimento da

radiação do frio do conde Rumford, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

PUC-SP, 2013, formato pdf disponível em:

http://www.13snhct.sbhc.org.br/resources/anais/10/1345079598_ARQUIVO_revApr

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https://pt.wikipedia.org/wiki/Equivalente_mec%C3%A2nico_do_calor