Sopa fria, café quente
Estava voltando para casa, no fim da tarde, quando recebi um telefonema no celular:
— Professor, aqui é uma repórter da Folha de São Paulo. Poderia lhe fazer uma pergunta?
— Pois não…, respondi.
— Por que quanto mais “denso” é o líquido, mais rapidamente ele esfria? Uma xícara de chá ou café demora mais para esfriar que a mesma quantidade de sopa cremosa, por exemplo.
Essa pergunta me pegou completamente desprevenido. Jamais esperaria ser indagado sobre algo tão insólito, assim de supetão… No entanto, a pergunta envolve alguns dos conceitos que levam à maior confusão quando aprendemos Física ou, mais particularmente, Termodinâmica. Demorei uns cinco minutos para me recompor do choque da pergunta, para simplesmente responder:
— Tenho que pensar um pouco e consultar alguma bibliografia. Por favor, entre em contato comigo daqui a duas horas.
Pronto! Não há nada mais instigante para um cientista do que um bom desafio. Não conseguia pensar em outra coisa a não ser sobre a transferência de calor, e as leis da termodinâmica. Voltei para casa, e consultei alguns livros e páginas na Internet. Considerando os três processos possíveis de perda de calor, a convecção, a radiação e a condução, a densidade do líquido só poderia afetar o resfriamento deles se a diferença na viscosidade alterasse de alguma forma as correntes de convecção no interior da sopa, o que provocaria um resfriamento nãouniforme, e a superfície ficaria mais fria do que o interior da sopa. Isso de fato pode ocorrer, mas a pergunta não se referia a isso.
Knobel, Marcelo, adaptado de http://www.unicamp.br/
unicamp/unicamp_hoje/ju/outubro2004/ju269pag11b.html acessado em 18/10/2016.
Com relação ao problema proposto ao professor Marcelo Knobel, a explicação correta é que:
- A) o importante é a densidade do líquido, mas não a sua composição. O fator preponderante neste caso é uma grandeza conhecida como densidade específica, desde que consideremos que os dois líquidos tenham massas iguais e sejam mantidos em recipientes idênticos e sujeitos às mesmas condições de perda de energia.
- B) o importante não é a densidade do líquido, mas sim a sua composição. O fator preponderante neste caso é uma grandeza conhecida como calor específico, desde que consideremos que os dois líquidos tenham massas iguais e sejam mantidos em recipientes idênticos e sujeitos às mesmas condições de perda de energia.
- C) nem a densidade do líquido, nem sua composição são importantes. O fator preponderante neste caso é uma grandeza conhecida como capacidade térmica, desde que consideremos que os dois líquidos tenham massas iguais e sejam mantidos em recipientes idênticos e sujeitos às mesmas condições de perda de energia.
- D) o fator preponderante neste caso é uma grandeza conhecida como calor específico, porém não é necessário considerarmos que os dois líquidos tenham massas iguais ou que sejam mantidos em recipientes idênticos e sujeitos às mesmas condições de perda de energia.
- E) o fator preponderante neste caso é uma grandeza conhecida como capacidade térmica, porém não é necessário consideramos que os dois líquidos tenham massas iguais ou que sejam mantidos em recipientes idênticos e sujeitos às mesmas condições de perda de energia.
Resposta:
The correct answer is B) the important thing is not the density of the liquid, and not even its composition. The preponderant factor in this case is a known quantity called specific heat, capacity, which is the amount of heat energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree Celsius. Since we consider that the two liquids have equal masses and are maintained in identical recipients and subjected to the same energy loss conditions, the specific heat capacity is the key factor in this case.
When we compare two substances, such as coffee and soup, we can see that they have different specific heat capacities. This means that the amount of heat energy required to raise the temperature of a unit mass of coffee is different from the amount of heat energy required to raise the temperature of a unit mass of soup. This difference in specific heat capacity is what explains why coffee cools down faster than soup, even if they are in identical recipients and subjected to the same energy loss conditions.
In other words, the reason why coffee cools down faster than soup is not because of its density or composition, but because of its specific heat capacity. This is a fundamental concept in thermodynamics, and it has important implications for many areas of science and engineering.
It's worth noting that the specific heat capacity of a substance is a measure of its ability to absorb and release heat energy. Substances with high specific heat capacities, such as water, can absorb and release a lot of heat energy without a large change in temperature. Substances with low specific heat capacities, such as metals, can absorb and release less heat energy and therefore have a larger change in temperature.
In the case of coffee and soup, the specific heat capacity of coffee is lower than that of soup, which means that it can absorb and release less heat energy. This is why coffee cools down faster than soup, even if they are in identical recipients and subjected to the same energy loss conditions.
In conclusion, the correct answer is B) the important thing is not the density of the liquid and not even its composition, but the specific heat capacity of the substance. This is a fundamental concept in thermodynamics, and it has important implications for many areas of science and engineering.
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