O pássaro que bebe é um brinquedo incrivelmente simples. Um tubo com dois bulbos, cabeça e abdômen, eixo de rotação, bico e chapéu, que volta continuamente para beber, em um balanço inesgotável. Mas por que não para? É insaciável? E O que aconteceria se tirássemos a água ou colocássemos… um uísque? O passarinho, com o uísque, dobraria sua velocidade. O álcool afeta vocêmesmo que seja um pássaro de brinquedo.
Sem movimento perpétuo
O pássaro bebedor é uma estrela internacional. Considerada a “melhor invenção do mundo” por Homer Simpson, teve aparições de estrelas em séries como Pai de familia e Homens loucos. Eles disseram aquilo Albert Einstein ficou maravilhado ao ver na sua visita a Xangai em 1922 e dedicou três meses de sua vida para investigar a termodinâmica por trás desta engenhoca.
O pássaro que bebe não é um motivo perpétuo. Um impulso não é suficiente para preservar para sempre o seu movimento. Você precisa beber, ou melhor, suar.
Se retirarmos a água, ou o uísque, ele pararia seu movimento em questão de minutos. E não é que o líquido seja o seu combustível, é que na realidade estamos perante uma situação simples mas surpreendente máquina térmica de operação cíclicae que, em sua concepção, não difere muito de um motor a gasolina ou de um avião.
Em cada máquina térmica, o passarinho entre eles, vocên fluido passa por quatro processos fundamentais: absorve calor, expande, emite calor eFinalmente compressas. Todos esses processos estão acontecendo à medida que sobe e desce continuamente.
Além disso, por se tratar de uma máquina térmica, seu funcionamento é regido pelos princípios da termodinâmica. Do primeiro princípio podemos deduzir que não podemos conseguir empregos do nadaenquanto o segundo princípio afirma que Nem podemos obter trabalho usando apenas uma única fonte térmica. Para extrair energia de uma máquina térmica, o calor deve ser absorvido de uma fonte de alta temperatura e transferido para outra fonte de baixa temperatura.
IMAGEM: Experimentos com o pássaro voador para sessenta símbolos. Sessenta símbolos / YouTube, CC BY
O pássaro bebedor se move graças à diferença de temperatura entre a cabeça e o abdômen. Normalmente, em uma máquina térmica, o ambiente é utilizado como fonte térmica de baixa temperatura e através de algum processo, como a combustão, uma temperatura mais elevada é alcançada. Nesse caso acontece o contrário, a temperatura é reduzida em relação à do ambiente, mas como? É aqui que o suor entra em ação.
A cabeça do pássaro que bebe fica fria
Isto é o que acontece na cabeça do passarinho. A bica, composta por material poroso, fica imersa em água, à temperatura ambiente, absorvendo parte dela, que se espalha pela cabeça por capilaridade. A água, quando em contato com o meio ambiente, tende a evaporar. É a razão pela qual sentimos frio ao sair da piscina ou do banho, ou o efeito que o suor tem no nosso corpo.
Para evaporar, a água precisa de energiae essa energia é extraída da cabeça do passarinho, conseguindo assim reduzir sua temperatura.
Este fenômeno é conhecido como resfriamento evaporativo e dá origem ao segunda fonte térmica em nosso sistema.
Em um ambiente saturado, a água não poderia evaporar e a cabeça do passarinho não esfriaria. No entanto, quando o a umidade relativa é inferior a 100%, a água evapora e absorve energia da cabeça reduzindo sua temperatura. A temperatura mínima que a cabeça da ave pode atingir coincide com um valor conhecido como temperatura de “bulbo úmido”.
E se o passarinho bebesse uísque em vez de água?
Ele uísquecomo muitas bebidas, É composto principalmente de água e álcool. Quando falamos de álcool no contexto alimentar normalmente nos referimos a etanol. Sabemos o efeito que o álcool tem no nosso corpo, mas O que aconteceria com o passarinho?
Provavelmente todos nos lembramos de como Desinfetamos as mãos com álcool durante a pandemia da covid-19. A álcool que desapareceu após alguns segundos das nossas mãos deixando uma sensação de frescura. E o álcool tem mais fácil de evaporar do que a água.
PARA 25ºC, o ar admite mais que o dobro de moles de etanol que vapor de águao que favorece a sua evaporação e, portanto, a velocidade com que a ave se move.
Com um uísqueem uma quarto quente, o pássaro pelo menos dobraria sua velocidade para o qual se move.
É um motor eficiente?
Fundamentalmente, o brinquedo, como qualquer máquina térmica, transforma energia térmica em trabalho, embora não na sua totalidade. Carnot já percebeu isso há quase dois séculos.
Mesmo no cenário ideal de uma máquina perfeita, onde nenhuma entropia é produzida em nenhum dos processos, Sua eficiência, definida como o trabalho produzido entre o calor absorvido, atinge um máximo conhecido como limite de Carnot. Este limite depende apenas das temperaturas de ambas as fontes térmicas.
Suponhamos, por exemplo, que nosso passarinho esteja em um ambiente 25ºC com uma 50% de umidade relativa. Neste caso, o temperatura de bulbo úmido seria de 18ºC e ele Desempenho do passarinho não excederia 3%. No entanto, isso não prejudica o incrível desempenho da pequena máquina.
Mas… por que ele está bebendo de novo?
O mecanismo do passarinho consiste em união de duas lâmpadas (cabeça e abdômen) e um tubo que os une e penetra no bulbo do abdômen até ficar submerso no líquido contido em seu interior.
Ele líquido mais usado em experimentos laboratório é geralmente diclorometano, um álcool cujo ver de ebulição encontra-se perto da temperatura ambiente.
Uma vez extraído o ar do interior e introduzido o diclorometano, O sistema atinge o equilíbrio evaporando parte deste até atingir sua pressão de vapor, que está ligada à temperatura. Assim, quando todo o sistema está em equilíbrio, as fases de vapor da cabeça e do abdômen, separadas pelo líquido, estão na mesma pressão.
IMAGEM: Diagrama de como funciona o pássaro bebedor.
Quando a temperatura do gás principal é reduzida conforme consequência do resfriamento evaporativoParte de vapor condensae a pressão de vapor é consideravelmente reduzida dadas as características do diclorometano em torno do seu ponto de ebulição.
Pelo contrário, o o vapor do abdômen absorve o calor do ambienteparte do líquido evapora e sua pressão aumenta. Como consequência desta diferença de pressão, o líquido sobe através do tubo para compensar as forças que aparecem, deslocando assim o centro de gravidade para cima.
Isso faz com que o passarinho, em seu balanço, alcance ficar desequilibrado inclinando-se para frente para beba novamente.
Nesse momento, podemos ver como uma bolha de vapor do abdômen (com pressão mais alta) é transferida para a cabeçafazendo com que a pressão e a temperatura se tornem homogeneizadas e o ciclo recomece.
De soprar sopa a suare até mesmo beba água de uma jarra dos tradicionais, estamos contando com resfriamento evaporativo, sistema utilizado em inúmeras aplicações, como usinas termelétricas, usinas nucleares, trajes espaciais, foguetes, etc. Assim, tal como Einstein fez, enquanto contemplamos o movimento oscilatório do pássaro que bebe, podemos apreciar o profunda influência da termodinâmica em nosso mundo.
David González-Bárcena, Professor Auxiliar do Departamento de Mecânica dos Fluidos e Propulsão Aeroespacial da ETSIAE e pesquisador do Instituto Universitário de Microgravidade “Ignacio da Riva” da Universidade Politécnica de Madrid (UPM).
Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o original.
