Pecha Kucha Ciência Viva 23 de Setembro. Energia Térmica

Transcrição

1 Energia Térmica

2 A massa e a energia conservam-se independentemente uma da outra? São duas propriedades distintas de um sistema? E = Mc 2

3 Energia de 1kg de massa E = (3!10 8 ) 2!1= 9!10 16 J Na combustão só se liberta a energia que liga as moléculas ou átomos: energia química que se converte em calor.

4 m(neutrão)+m(protão) >m(núcleo do átomo de deutério) m(protão)+m(electrão) >m(átomo de hidrogénio) m(átomo de Carbono)+M(molécula O 2 ) >m(molécula CO 2 ) Na formação de núcleos, átomos, moléculas!m < 0 Liberta-se, para compensar, energia

5 E = mc 2 Energia de ligação!m =!E / c 2 Para efeito ser importante massasm! "m Onde é mais importante: Nos núcleos ou nos átomos?

6 m protão! 1.67"10 #27 kg E = mc 2 Milhões de ev! E = m protão c 2 =15.03"10 #11 J $ E = 938"10 6 ev 1eV =1.6 "10 #19 J = 3.8"10 #23 kcal m electrão! "10 #31 kg E = m electrão c 2 = "10 6 ev

7 A energia de ligação nos átomos e moléculas é da ordem de ev. A dos núcleos já é da ordem de milhões de ev. Consequência: Tem grande importância nos núcleos. Não tem efeitos importantes na massa de um átomos! Mas e se forem muitos átomos? Um mole, por exemplo: 1eV =1.6!10 "19 J = 3.8!10 "23 kcal #E total = N A! 3.8!10 "23 = 6.022!10 23! 3.8!10 "23 = 23kcal Já dá para subir 1 o a temperatura de 1kg de água.

8 O que tem mais energia: 1grama de chocolate ou 1grama de pólvora?

9 Um caixa de madeira desce uma altura h devido à gravidade Arrasta- se a caixa sobre uma mesa A caixa arde na lareira Onde há realização de trabalho? Onde há libertação de energia?

10 Energia térmica Não está associada à energia global do objecto Não é a energia ciné?ca da velocidade global Não é energia potencial da posição global. Aumentar velocidade ou altura de um tronco não aumenta a energia térmica

11 Os átomos armazenam energia Atração Repulsão Posição de equilíbrio Vibração!

12 Energia térmica É energia ciné0ca dos átomos rela?vamente a um ponto do objecto. É energia ciné0ca rela0va dos átomos rela?vamente uns aos outros, e não global. Calor é o processo de transferência dessa energia.

13 Temperatura e Calor Pecha Kucha Ciência Viva 23 de Setembro O que acontece à energia térmica quando dois objectos se tocam? Calor só flui num sen?do Um cubo de gelo?rado do congelador derrete mas a água resultante não congela A Temperatura é a grandeza que indica o sen?do em que o calor flui.

14 Efeitos da transferência de calor para um material Aumento de temperatura Aumento de volume Mudança de fase (estado)

15 Temperatura!Q = mc!t Calor específico do material Volume!l l =!!T "!V V = 3!!T Coeficiente de dilatação linear Mudança de fase!q = m! Calor latente

16 A quan?dade de calor para aquecer de 1 o 1kg de água é 4 vezes maior que a que eleva de 1 o a temperatura de 1kg de ar. Porque é que nos refrescamos mais depressa com água do que com ar?

17 O corpo humano transforma energia química em calor à taxa de 80 calorias por hora. 80 calorias/hora 100 J/s= 100 W Porque não sobe a nossa temperatura? Tranferimos calor para a nossa vizinhança.

18 Existem 3 processos de transferência de calor entre os objectos 1 Condutividade térmica (condução) 2 Convecção 3 Radiação

19 1 Condutividade térmica A perda de calor de um objecto para outro, aumenta com a super@cie de contacto a diferença de temperatura entre os dois mas mas diminui com a espessura do contacto!q!t = ka!t!l

20 Prata k=420 Wm -1 / o Vidro k=0.8 Wm -1 / o Água k=0.59 Wm -1 / o Gordura k=0.12 Wm -1 / o Ar k=0.024 Wm -1 / o Outros isolantes: areia, plástico, poliestireno (esferovite) Ar é usado entre vidros nas janelas múltiplas para isolar térmicamente os edifícios

21 2 Convecção Ar quente sobe; are frio desce Ar frio é mais denso que o ar quente pois a temperatura faz com que as moléculas escapem mais facilmente de um dado volume.

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23 Pelo, penas, bloqueiam o fluxo de ar. Fibras de vidro, nas janelas diminuem o fluxo de calor por condução

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25 O melhor isolamento: Vazio: Não há condução nem convecção Um bom exemplo tecnológico é

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27 3 Radiação No vazio não há mesmo transferência de calor? Há Através de ondas electromagnéticas!q!t = e! AT 4 emissividade Corpo negro perfeito: e=1 Objecto bom reflector: e 0

28 Aerogel: 3 em 1 Não conduz o calor Impede a conveção Absorve no infravermelho

29 O aumento de temperatura do ar de uma sala depende da capacidade calorífica do ar ou da condu?vidade do ar? Porque é que os casacos de penas protegem do frio? É melhor um casaco de penas com muitas camadas ou com poucas? Porque é que uma folha de alumínio sobre um prato mantém a temperatura da comida, se é condutor?