EFEITO MPEMBA- por que a água quente congela mais rápido que a água fria?

O efeito Mpemba ou paradoxo de Mpemba é o fenómeno físico que consiste no facto de, sob certas condições, a água morna congelar mais rapidamente do que a água fria. A descoberta deste efeito foi feita por um estudante do ensino secundário chamado Erasto Barthlomeo Mpemba na Tanzânia, África em 1969. O fenômeno foi observado durante o fabrico de gelados e perante diversos professores.

Não há unanimidade sobre o que exatamente este efeito é e sob quais circunstâncias ele ocorre. Há registros de fenômenos semelhantes desde a antiguidade, porém com detalhes insuficientes para as alegações serem verificadas. O fenômeno parece ser contrário à Termodinâmica, porém um número de possíveis explicações já foram propostas. Investigações mais à fundo necessitam de uma definição mais precisa de “congelamento” e do controle de um vasto número de parâmetros iniciais para se confirmar ou explicar o efeito.

Os cientistas não sabem ao certo por que a água quente às vezes congela mais rapidamente do que a água fria. O Efeito Mpemba nem sempre é visto – geralmente a água fria congela antes da água quente. A explicação para o efeito provavelmente tem a ver com impurezas na água, que servem como locais de nucleação para congelamento. Outros fatores podem incluir:

•um efeito da evaporação da água quente.

•aumento da convecção em água quente.

•maior tendência da água fria de super-resfriar em comparação com a água quente.

•potenciais diferentes quantidades de gases dissolvidos em água fria em comparação com água quente.

•efeito da formação de gelo – a água quente tende a congelar na parte inferior, enquanto a água fria tende a congelar na parte superior.

Em 2012, a Royal Society of Chemistry realizou um concurso para apresentação de trabalhos que apresentassem explicações sobre o efeito Mpemba. Mais de 22.000 pessoas participaram e o próprio Erasto Mpemba anunciou Nikola Bregović como o vencedor. Bregović sugere duas razões para o efeito – uma amostra mais fria fica super-resfriada ao invés de congelada, e convecção aprimorada na amostra mais quente acelera o resfriamento, mantendo o gradiente de calor nas paredes do recipiente.

Fontes:

Wikipedia , Thoughtco

Baixar Módulos de Física  do 2o ciclo do ESG

Neste post disponibilizamos para download  materiais de estudo da disciplina de Física, 2o ciclo do ESG.

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Electroscópios

O electroscópio é um dispositivo que permite verificar se um corpo está carregado electricamente.

Existem vários tipos de electroscópios, sendo os mais conhecidos o pêndulo eléctrico e o electroscópio de folhas.

Pêndulo eléctrico

Este é o tipo mais simples de electroscópio. É constituída por uma pequena esfera de material condutor e leve suspensa na extremidade de um fio, preso a um suporte. Aproximando da esfera um corpo electrizado positiva ou negativamente, haverá uma polarização na esfera do pêndulo e uma consequentemente atracção.

Pêndulo eléctrico (Imagem: Realize Educação)

Para determinar o tipo de carga de um corpo através do pêndulo eléctrico, é preciso electrizar a esfera do pêndulo com carga conhecida.

Assim, se a esfera for atraída pelo corpo, significa que este tem carga oposta a da esfera; se a esfera for repelida, significa que a carga do corpo é igual à da esfera.

Electroscópio de folhas

O electroscópio de folhas é constituído por uma haste metálica com uma esfera metálica na extremidade exterior. Na outra extremidade encontram-se duas folhas metálicas leves que podem abrir e fechar livremente.

Electroscópio de folhas (Imagem: Realize Educação )

Para determinar se um corpo está ou não electrizado, basta aproximá-lo da esfera, sem tocar nela. Se o corpo estiver electrizado, a parte metálica do electroscópio electriza-se por condução. A esfera fica com carga oposta e as folhas com carga do mesmo sinal do indutor, por isso, elas afastam-se uma de outra, abrindo. Com o afastamento do indutor, a carga eléctrica redistribuir-se-á e as folhas fecharão.

Eletroscópio de folhas acusando corpo eletrizado (Imagem: Realize Educação)

Com o electroscópio de folhas também podemos determinar a carga de um corpo electrizado. Para isso é preciso electrizar o electroscópio por contacto com carga conhecida. As folhas ficarão abertas, Pois possuem carga do mesmo sinal.

Aproximando da esfera um corpo electrizado, as folhas do electroscópio vão:

• afastar-se, se o corpo tiver carga com o mesmo sinal. Neste caso aumenta ainda mais a carga das folhas;

• aproximar-se, se o corpo tiver carga de sinal contrário ao do electroscópio, pois as cargas negativas de um vão neutralizar as cargas negativas do outro.

Eletroscópio de folhas sendo usado para determinar a carga elétrica (Imagem: Realize Educação)

Processos de electrização

Eletrização é o processo de tornar um corpo eletricamente neutro em um corpo eletricamente carregado

Existem três tipos de processos de eletrização, são eles: por fricção, por contacto e por indução.

Electrização por fricção

Na electrização por fricção, friccionam-se dois corpos, inicialmente neutros e constituídos por substâncias diferentes. Durante o processo, há transferência de electrões de um corpo para o outro. Estes adquirem cargas de sinal contrário.

Electrização por contacto

A electrização por contacto consiste em colocar em contacto dois corpos, um electrizado e outro neutro. Neste tipo de electrização, os corpos adquirem cargas do mesmo sinal.

Electrização por indução

A electrização por indução consiste em aproximar, sem tocar, um corpo electrizado (indutor ou influenciador) de um corpo neutro (induzido ou influenciado). As extremidades do corpo neutro ficam electrizadas – a mais próxima com carga oposta à do condutor e a mais afastada com carga igual.

Electricidade atmosférica: as trovoadas, os fogos de santelmo e as auroras boreais

Imagem: Wikimedia Commons

Estamos habituados a ver as descargas eléctricas que ocorrem numa trovoada. Estas resultam da acomulação de cargas eléctricas nas nuvens.

Embora este fenómeno seja um acontecimento comum, ainda há muito a conhecer sobre a formação dos raios. Sabe-se que, durante a formação de uma nuvem de trovoada, ocorre uma separação de cargas.

As várias regiões da nuvem adquirem cargas diferentes, em geral, com a parte inferior da nuvem carregada negativamente. Como resultado, é induzida uma carga contrária à superfície da Terra. O raio pode reduzir esta diferença de carga mediante a ionização do ar, permitindo um fluxo de carga entre a nuvem e o solo. No entanto, dado que o ar é um bom isolador, o campo eléctrico deve ser muito forte para que isto ocorra. O ar quente torna-se condutor para campos eléctricos superiores a cerca de 3×10^6 N/C.

Não se compreende como ocorre a separação de cargas na nuvem. Pensa-se que está associada de alguma forma, ao movimento vertical e rápido do ar e à humidade dentro das nuvens de trovoada.


A maior parte dos raios ocorre inteiramente dentro da nuvem. No entanto, as cargas visíveis têm lugar entre duas nuvens e entre a nuvem e a Terra.


O raio é sempre acompanhado de dois outros fenómenos: o relâmpago e o trovão. O relâmpago é o clarão que resulta da descarga. O trovão é o estrondo que acompanha o a descarga e que resulta da brusca espansão do ar e do vapor de água, aquecidos pelo calor produzido.

O ribombar do trovão deve-se aos ecos produzidos pelas sucessivas reflexões do som, nas nuvens, nos montes, etc.

Os dois fenómenos são simultâneos e, se se ouvimos o trovão depois de vermos o relâmpago, é porque a velocidade de propagação do som no ar (340 m/s) é muito menor do que a de propagação da luz (300 000 km/s).

Um raio é muito perigoso: quebra e dispersa os corpos maus condutores; aquece os corpos ao ponto de os poder fundir e volatizar; inflama corpos combustíveis; fulmina pessoas e animais, etc.

O raio cai tendencialmente nos pontos elevados e nos objetos metálicos. Não é, por isso, prudente, durante a trovoada, procurar abrigo debaixo de árvores, principalmente das que estão isoladas. Também, dentro de casa, deve evitar-se a proximidade de janelas e de objectos metálicos.

A influência exercida pelas nuvens electrizadas também se manifesta, muitas vezes, nas extremidades dos mastros dos barcos. Os marinheiros dão-lhe o nome de fogos-de-santelmo.

Nas regiões polares raras vezes troveja. Nessas regiões observam-se frequentemente certos fenómenos luminosos a que se dá o nome de auroras polares, boreais ou austrais, conforme se produzam no hemisfério norte ou no hemisfério sul.

As auroras polares apresentam, geralmente, o aspecto de imensos arcos luminosos de onde partem raios que iluminam o espaço.

As tonalidades das cores que se observam lembram as do nascer do dia, razão por que ao fenómeno se deu o nome de aurora.

Fogo-de-santelmo (Imagem: Wikimedia Commons)

Por que razão os satélites não caem para a Terra?

De facto, se largarmos uma maça, ela cai na vertical para a Terra devido à força de gravidade. Mas, se lhe dermos uma pancada na horizontal, ela não vai cair na vertical, mas sim mais adiante. E se a pancada for maior, ela vai cair ainda mais adiante…

E, se a pancada fosse mesmo muito, muito grande, a maçã não cairia sobre a Terra; ficaria em órbita à volta da Terra, tal como acontece com a Lua e os satélites artificiais. E porquê?

Esta questão já vem da Antiguidade, quando se procurava uma explicação para o movimento da Lua em volta da Terra e de todos os planetas, que conhecemos hoje no Sistema Solar, em volta do Sol.

Foi Newton (1642-1727) quem a esclareceu, ao formular as conhecidas leis do movimento – Leis de Newton, que foram apresentadas ao mundo científico na sua obra de cúpula, Philosophia Naturalis Principia Mathematica, publicada em 1687.

Newton reconheceu a conexão entre o movimento de um objecto em queda à superfície da Terra e o movimento de um planeta em órbita em torno do Sol ou da Lua em volta da Terra. Os movimentos destes objectos, embora diferentes, devem-se ao mesmo tipo de força – a força de gravidade.

Na sua obra Principia, encontra-se um esquema semelhante ao da figura, onde Newton ilustra a trajectória de um projéctil lançado horizontalmente do cimo de uma montanha (despreza-se o atrito do ar).

O esquema mostra trajectórias diferentes para diferentes velocidades de lançamentos horizontais. À medida que a velocidade de lançamento aumenta, o alcance também aumenta e o ponto de queda afasta-se da montanha (de D para E, para F, para G). Para uma velocidade de lançamento suficientemente grande, a trajectória do projéctil acompanha a curvatura da Terra. É esta trajectória de lançamento que coloca o projéctil em órbita circular.

Portanto, a Lua e os satélites artificiais podem ser vistos como gigantescas maçãs, em queda livre para a Terra, mas animados de velocidade muito grande, que os mantêm em órbita à volta da Terra.