Experimente simpatice despre fenomene termice

Autori: elev David PârvoaicaProf. coordonator Mugurel-Alin Ciobanu

Colegiul Național Pedagogic ”Ştefan Velovan” Craiova

Încă din cele mai vechi timpuri, oamenii au încercat să înţeleagă fenomenele din jur, pentru a le

putea subordona, ajutându-se de ele în muncile lor zilnice. Apa, un element atât de cunoscut si

intrigant, a reprezentat pentru antici un adevărat mister, fiind considerată unul din cele 5 elemente de

bază ale universului. Realitatea nu este tocmai diferită, apa fiind indispensabilă vieţii organice şi, în

aceeaşi măsură, ne modelează şi controlează activitatea noastră zilnică.

A. Doza de aluminiu care se striveşte singură

Apa este un element care uneori ne poate conduce la experienţe cu totul surprinzătoare, ce ne

demonstrează cât de interesante sunt anumite fenomene ignorate de noi de cele mai multe ori.

O astfel de experienţă este „Doza de aluminiu care se striveşte singură”. Pentru aceasta, nu ne

trebuie decât câteva obiecte simple precum: o doză goală de aluminiu de la o băutură răcoritoare, un

cristalizor (neapărat cu un diametru mai mare ca al dozei) şi un cleşte suficient de mare pentru a apuca

doza.

Acum urmează să realizăm experimentul. Mai întâi, trebuie să umplem cristalizorul cu apă cât mai

rece, apoi să realizăm un mic orificiu în doză, restul acesteia fiind închis ermetic. După aceste procedee

incipiente, este necesar să umplem doza cu 15 ml de apă, aflată la temperatură normală, şi să plasăm

recipientul deasupra unei lămpi cu spirt, urmând să aşteptăm ca apa să fiarbă. Odată ce apa a ajuns la

temperatura fierberii, se observă cum vaporii de apă ies prin orificiul realizat anterior. După ce am lăsat

apa să fiarbă încă 30 de secunde, trebuie să luăm imediat doza cu cleştele şi să o introducem cu gura în

jos, în cristalizorul cu apă rece. În acest moment, vom avea surpriza ca doza să se striveasca singură

sub ochii noştri.

Dar care au fost factorii care au determinat acest fenomen şi care este forţa care a reuşit strivirea

dozei? Nimic mai simplu!

Când am încălzit apa până la punctul de fierbere, am creat vapori care, prin tendinţa lor de a ocupa

spaţiul dozei, au scos aerul afară din aceasta. În momentul în care doza s-a umplut cu vapori, am

introdus-o în apa rece din creuzet , ceea ce a determinat condensarea vaporilor de apă, ce au dus prin

reducerea la un volum mai mic, crearea unui vid parţial. Presiunea atmosferică (105 N /m2), mult mai

mare ca presiunea din interior(aproape de 0) , a condus la comprimarea şi strivirea dozei.

De obicei, presiunea aerului din exterior este egală cu presiunea aerului din interior, ceea ce

conduce la o anulare a efectelor de comprimare. Trebuie să adăugam că, o mică parte din apă putea să

pătrundă în interiorul dozei atunci când am introdus-o în creuzet, însă acest lucru nu ar fi avut vreo

influenţă, întrucât nu ar fi putut pătrunde atât de repede suficient lichid pentru a egaliza presiunea

exterioară.

B. Balonul rezistent la foc

După cum s-a observat şi la experimentul anterior, putem afirma faptul că apa este o substanţă cu

numeroase proprietăţi interesante, cum ar fi aceea că este un foarte bun absorbant de căldură, fiind

necesară o cantitate mare de căldură(4180 J) pentru a ridica temperatura apei cu numai 1° C, această

cantitate purtând denumirea de căldură specifică; această căldură fiind apoi cedată odată cu răcirea

apei. Pe baza aceste proprietăţi, apa este utilizată ca agent termic pentru încălzirea locuinţelor, dar are

şi o importanţă biologică prin faptul că absoarbe toată energia degajată prin procesele de oxidoreducere

din organism, ceea ce menţine temperatura corporală la parametrii normali de funcţionare. Această

proprietate are, de asemenea, un rol important în regularizarea climei: suprafeţele de uscat aflate în

vecinătatea unor întinderi de apă (mare sau ocean) sunt „încălzite” iarna de curenţii calzi care vin

dispre apă, şi „răcite” vara de briză-curenţi mai reci.

Ca urmare, un alt experiment propus de noi este „Balonul rezistent la foc”. În vederea realizării

experimentului, avem nevoie de două baloane rotunde, chibrituri şi apă.

Vă întrebaţi probabil, cum ne pot ajuta aceste materiale simple? Ei bine, cu toţii ştim că decoperirile

fizice au la bază experimente simple, uneori aceste experimente fiind realizate involuntar. Revenind la

experimentul propus de noi, urmează să descriem modul de lucru. Pentru început, trebuie umflat unul

dintre baloane şi legat bine, astfel încât aerul să nu scape. În celălalt balon, este necesar să turnăm 60

ml de apă, iar apoi trebuie umflat şi legat bine.

În continuare avem nevoie de o sursă de căldură, care va fi reprezentată de chibrit. Aprindem un chibrit

şi îl plasăm sub primul balon, încărcat doar cu aer. Flacăra ar trebui să atingă balonul; la această

mişcare, balonul se sparge, poate chiar înainte ca flacăra să îl atingă. De ce se sparge? Flacăra

încălzeşte tot ce este plasat în ea. Cauciucul din acest balon devine atât de fierbinte încât devine prea

slab pentru a rezista la presiunea aerului exercitată în interiorul balonului.

Trecem la următorul balon, care conţine pe lângă apă, şi aer. Plasăm, de asemenea, flacăra unui

chibrit sub balon. Se observă că acesta nu se sparge. Explicaţia este următoarea: când apa din balon

este plasată în dreptul flăcării, ea va absorbi aproape toată căldura degajată de flacără; astfel, cauciucul

balonului nu se va mai încălzi atât de tare, întrucât, cum spuneam mai sus, apa este un foarte bun

absorbant de căldură. Deoarece cauciucul balonului nu se încălzeşte excesiv, acesta nu se slăbeşte, iar

ca urmare, balonul nu se sparge.

Rezumatul lucrării

Viaţa pe Pământ s-a modificat de-a lungul istoriei acestuia, modelând procesele de formare a reliefului

terestru, a climei propice pentru a favoriza apariţia vieţii, care nu ar fi existat dacă în procesele

biochimice nu ar fi participat apa. Proprietăţile sale au permis umanităţii sa o folosească pentru a-şi

uşura munca şi a încerca prin intermediul „comportamentului” ei să desluşească misterele naturii.

Apa se condensează şi se vaporizează la 100° C, aceasta proprietate eradicând umanitatea de sub

dominaţia totală a naturii prin inventarea motorului cu aburi. Caracterul puternic absorbant de căldură a

fost o proprietate de bază în procesele biochimice si tehnologice, dovedindu-se cât de important este

acest element în viaţa noastră.

Experienţele prezentate, prin simplitatea şi elocvenţa lor, au scopul de a ne demonstra cât de

surprinzătoare este apa şi de a ne sugera să acordăm mai multă atenţie proprietăţilor lor.