Graduação de um termômetro:

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1 TERMÔMETROS Podemos considerar que temperatura de um corpo é uma medida que nos dá uma idéia do grau de agitação das partículas constituintes desse corpo. Quanto maior for o grau de agitação das partículas constituintes de um corpo, maior será a temperatura associada ao estado térmico. Existem muitas grandezas físicas que podem ser medidas e que variam significantemente quanto à temperatura varia. E é justamente medindo a variação destas grandezas que nós medimos a temperatura. Essas grandezas quando usadas na avaliação de temperatura, passam a ser denominadas grandezas termométricas. Dentre elas podemos citar: - o volume de um líquido; - o comprimento de uma barra metálica; - a resistência elétrica de um fio; - a pressão de um gás mantido a volume constante; - o volume de um gás mantido à pressão constante; - a cor do filamento de uma lâmpada. Qualquer uma destas grandezas pode ser usada para se construir um termômetro e com ele medir temperaturas. Existem atualmente vários tipos de termômetro. O mais comum é o termômetro de tubo de vidro. Esse tipo de termômetro é constituído por um tubo fechado, dotado de um pequeno reservatório denominado bulbo, em uma das extremidades, parcialmente preenchido por um líquido em geral mercúrio. omo se sabe, os líquidos dilatam-se ao sofrerem aquecimento, e se contraem quando resfriados. Uma vez que o diâmetro interno do tubo é extremamente pequeno, fica claro que pequenas dilatações ou contrações do mercúrio, causadas por pequenos aumentos ou diminuições de temperatura, determinam grandes variações na altura do líquido na coluna de vidro. Os primeiros termômetros de tubo de vidro utilizavam álcool (chamado espírito-de-vinho) em vez de mercúrio. O mercúrio é preferível por apresentar as seguintes propriedades: - é bom condutor de calor; - é facilmente obtido em estado de pureza; - não deixa gotas aderentes às paredes do tubo de vidro; - é opaco e visível através do vidro; - só congela em temperaturas anormalmente baixas.

2 Graduação de um termômetro: Escolhemos dois estados térmicos cujas temperaturas sejam constantes com o passar do tempo e cuja reprodução seja fácil. Esses estados térmicos são denominados pontos fixos. Os estados térmicos normalmente escolhidos correspondem a mudanças de estado da água pura, sob pressão normal, ou seja, 1 atm: o primeiro ponto fixo (ponto de gelo) corresponde ao estado térmico do gelo em fusão sob pressão normal; o segundo ponto fixo (ponto de vapor) corresponde ao estado térmico da água em ebulição sob pressão normal. Primeiro se coloca o termômetro a ser graduado em contato com o gelo fundente; após esse sistema entrar em equilíbrio térmico, registra-se a altura da coluna de mercúrio no tubo. Depois faz-se o mesmo no equilíbrio térmico do tubo de vidro com a água em ebulição, registrando assim o segundo ponto fixo. A cada uma destas marcas se atribui arbitrariamente um valor numérico de temperatura. Geralmente se atribui ao ponto de gelo um valor menor que ao ponto de vapor. Divide-se então o intervalo delimitado pelas duas marcas no tubo de vidro em partes iguais. ada uma dessas partes passa a ser a unidade da escala termométrica ou o grau da escala. É evidente que com esse procedimento podemos calibrar termômetros em um número praticamente infinito de escalas termométricas diferentes. Em 1979, havia pelo menos 19 escalas termométricas diferentes em vigor.

3 Atualmente as duas escalas termométricas mais comuns são a escala elsius e a escala Fahrenheit. 5 F 32 9 Escala absoluta Kelvin Você pode imaginar qual é a temperatura mais alta possível? Teoricamente não existe um limite superior para a temperatura, isto é, não podemos definir qual é a temperatura mais alta possível. A temperatura no interior das estrelas pode atingir trilhões de graus. ontudo é possível demonstrar que existe um limite inferior, isto é, existe um estado térmico mais frio que qualquer outro. A esse limite inferior de temperatura damos o nome de ZERO ABSOLUTO. Essa constatação foi feita pela primeira vez pelo físico irlandês William Thonsom ( ), mais tarde agraciado com o título Lorde Kelvin pelo governo britânico. A conversão da escala celsius para a escala kelvin se dá pelo acréscimo de 273 unidades no grau elsius: K 273 Obs: A unidade de temperatura absoluta do SI é o kelvin (K). É provavelmente impossível chegar ao Zero Absoluto (0K). A temperatura mais baixa já atingida, em laboratório de pesquisas, foi K DILATAÇÃO TÉRMIA Todos os corpos na natureza estão sujeitos a este fenômeno, uns mais outros menos. Geralmente quando esquentamos algum corpo, ou alguma substância, esta tende a aumentar seu volume (expansão térmica). E se esfriarmos algum corpo ou substância esta tende a diminuir seu volume (contração térmica). Existem alguns materiais que em condições especiais fazem o contrário, ou seja, quando esquentam contraem e quando esfriam dilatam. É o caso da água quando está na pressão atmosférica e entre 0º e 4º. Mas estes casos são exceções, embora tenham também sua importância. Porque isso acontece? Bem, você deve estar lembrado que quando esquentamos alguma substância estamos aumentando a agitação de suas moléculas, e isso faz com que elas se afastem umas das outras, aumentando logicamente o espaço entre elas. Para uma molécula é mais fácil,

4 quando esta está vibrando com mais intensidade, afastar-se das suas vizinhas do que aproximar-se delas. Isso acontece por causa da maneira como as forças moleculares agem no interior da matéria. Então... "...se o espaço entre elas aumenta, o volume final do corpo acaba aumentando também" Quando esfriamos uma substância ocorre exatamente o inverso. Diminuímos a agitação interna das mesmas o que faz com que o espaço entre as moléculas diminua, ocasionando uma diminuição do volume do corpo. "Se o espaço entre as moléculas diminui, o volume final do corpo acaba diminuindo também" omo calcular estas dilatações ou estas contrações? Existem três equações simples para determinar o quanto um corpo varia de tamanho, e cada uma delas deve ser usada em uma situação diferente. 1 - Dilatação térmica linear L = o quanto o corpo aumentou seu comprimento L o = comprimento inicial do corpo = coeficiente de dilatação linear (depende do material) variação da temperatura ( T f - T i ) Vale destacar que o coeficiente de dilatação linear ( ) é um número tabelado e depende de cada material. om ele podemos comparar qual substância dilata ou contrai mais do que outra. Quanto maior for o coeficiente de dilatação linear da substância mais facilidade ela terá para aumentar seu tamanho, quando esquentada, ou diminuir seu tamanho, quando esfriada. Outra coisa interessante de notar é que, se soubermos o valor do coeficiente de dilatação linear ( ) de uma determinada substância, poderemos também saber o valor do coeficiente de dilatação superficial ( ) e o coeficiente de dilatação volumétrica ( ) da mesma. Eles se relacionam da seguinte maneira: = 2 e = Dilatação térmica superficial

5 A = o quanto o corpo aumentou sua área A o = área inicial do corpo = coeficiente de dilatação superficial (depende do material) variação da temperatura ( T f - T i ) 3 - Dilatação térmica volumétrica Obs: V = o quanto o corpo aumentou seu volume V o = volume inicial do corpo = coeficiente de dilatação volumétrica (depende do material) variação da temperatura ( T f - T i ) L, A ou L, A ou V positivos significa que a substância aumentou suas dimensões. V negativos significa que a substância diminuiu suas dimensões. ALORIMETRIA alor é a energia térmica em trânsito entre corpos a temperaturas diferentes. É representado pela grandeza Q (quantidade de calor) e expresso em calorias ou joules 1 caloria = 4,186 joules Uma caloria é a quantidade de calor que, ao ser recebida por 1 grama de água, aumenta sua temperatura de 1 (à pressão de 1 atm). alor Sensível é o calor trocado por um sistema e que provoca nesse sistema apenas uma variação de sua temperatura: Q mc alor Latente é o calor trocado por um sistema e que provoca nesse sistema apenas uma mudança de estado físico: Q ml

6 Ao receber calor, um bloco de gelo a 0 o derrete, transformando-se em água no estado líquido. Por mais que o gelo receba calor, enquanto está ocorrendo a mudança de estado, sua temperatura permanece constante e, nesse caso, o calor recebido pelo gelo recebe o nome de calor latente. Podemos dizer que calor latente é aquele que provoca mudança de estado de uma substância sem alterar sua temperatura. As experimentações feitas por físicos em laboratórios mostram que a quantidade de calor requerida numa mudança de estado depende da substância (água, ferro, chumbo etc.) e de sua massa. No caso do gelo, são necessárias 80 calorias para que 1 grama passe para o estado líquido. Nomenclatura: Q = quantidade de calor m = massa c = calor específico = variação da temperatura l = calor latente = capacidade térmica = mc onvencionalmente utiliza-se as unidades Q calorias (cal) m gramas (g) c cal /g l cal/g cal/ No SI: Q joules (J) M kg J / kg K K POTÊNIA A potência térmica da fonte de calor (aquecedor elétrico, geladeira etc) é calculada dividindo-se a variação da quantidade de calor Q pelo tempo de atuação t. P Q t ostuma-se utilizar a unidade de tempo em segundos, sendo assim, a unidade de potência seria dada em cal/s (calorias por segundo).

7 No SI, a unidade de calor é o joule (J). A unidade de potência no SI é o joule por segundo J (J/s) também conhecida como watt (W). W s Exemplo de cálculo de potência: Um bloco de ferro com massa 200g é aquecido de 0 para 60 por uma fonte térmica de potência constante. Se o calor específico do ferro vale 0,1 cal/g e o aquecimento demorou 5 minutos, determine a potência dessa fonte térmica em cal/s. Solução: A quantidade de calor recebida pelo bloco de ferro através da fonte térmica é Q = mc Q = 200 x 0,1 x (60-0 ) Q = 1200cal Q A potência da fonte térmica é dada por P t 1 O tempo em minuto deve ser transformado em segundos: 5 min min 60 x seg Então, t = 300 segundos 1200 P 4cal / s 300 Outro exemplo: Um chuveiro elétrico tem potência 4KW (4000W). A água entra no chuveiro a 15 com uma vazão de 20l/min. Determine a temperatura da água ao deixar o chuveiro. Dado: calor específico da água = 4000J/ kg Solução: omo a potencia é dada por Q P e Q = mc temos que t P mc t, então: ( f 15 ) Lembre-se que o tempo deve estar em segundo uma vez que a potência está em watts (W) que é joule por segundo. Por que sentimos frio ou calor? Por que ficamos todo arrepiado e trememos de frio? Quais são os mecanismos que geram, em nós, o suor e qual a sua função? E a febre? omo o calor se transfere de um lugar para outro?

8 Bem, vejamos: O frio De início, devemos lembrar que o ser humano é um animal homeotérmico, ou seja, existe uma estreita faixa de temperaturas --- que fica ao redor dos 36,1 o --- dentro da qual nosso corpo consegue funcionar adequadamente, regulando as funções de nossas células; fora desta faixa, problemas graves podem ocorrer e até mesmo ocasionar a morte. Para evitar que nossa temperatura corporal saia fora dessa estreita faixa, nosso organismo criou mecanismos de defesa. Quando o ambiente está frio, e começamos a perder calor para ele, são acionados, de início, os horripiladores, pequeninos músculos que ficam na raiz de cada pêlo que temos espalhados pelo corpo. Esse acionamento causa de imediato o conhecido arrepio, uma onda de trepidação muscular pelo corpo todo. A tremedeira, que logo depois se estende a outros músculos, é nossa primeira proteção, pois tremer é um processo mecânico para gerar calor. Além disso, os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e, como o ar é um bom isolante térmico, eis nosso primeiro agasalho natural. Quanto mais pelo, mais ar é aprisionado e tanto melhor será esse agasalho natural. Nas aves, tal agasalho é constituído pelas penas. Outra proteção natural do corpo é o embolar ; fechamos as mãos, cruzamos os braços, encolhemos as pernas e curvamos o corpo --- tudo isso para diminuir a superfície externa exposta --- quando menor a superfície exposta, menor será a área pela qual o calor pode escapar para o ambiente. Está percebendo porque, no frio, o gato dorme todo enrolado, os bois se juntam ao máximo e você se encolhe todo sob os cobertores? O segredo é diminuir a superfície exposta! Quando isto não for suficiente, teremos que apelar para os agasalhos --- eles engrossam as camadas de ar ao redor de nossa pele proporcionando maior isolamento térmico. obertores não "esquentam" ninguém! Eles apenas aprisionam uma boa camada de ar ao nosso redor e, como o ar aprisionado é um bom isolante térmico, impede a perda de calor do corpo para o ambiente. O calor E quando sentimos calor? Aí inverte tudo: agora é a vez do nosso corpo receber calor do ambiente que está mais quente do que nós próprios. Que fazer para remediar este acréscimo exagerado de calor que recebemos do ambiente? Ora, devemos dar um jeito de jogar calor para fora do corpo. Lá vem nossa proteção: o sangue intensifica sua técnica de fluir e passa a irrigar partes mais próxima da pele --- é aquele vermelhão que começamos a ver e sentir na pele --- como a camada protetora do sangue diminui (pois está mais próximo da epiderme), o calor pode mais facilmente se transferir dele para a superfície da pele e escapar para o ambiente. O suor Se isso ainda não é suficiente, lá vem mais proteção: entram em ação as glândulas sudoríparas. São glândulas em forma de tubos que se abrem na superfície da pele formando os poros --- elas expelem o suor --- e esse, ao evaporar retira mais calor da própria pele, esfriando-a. Então:

9 Sentir frio é perder calor exageradamente. Sentir calor é receber calor exageradamente. Sempre é o calor que vai do lugar mais quente para outro mais frio. Frio não é coisa que entra ou coisa que sai --- frio é uma sensação ocasionada por perda de calor! --- não 'ondas de frio', há massas de ar frio que passam por nós e que retiram calor de nossos corpos... e temos a sensação de frio! A febre Mesmo sendo animais homeotérmicos, há situações em que nosso organismo precisa de uma temperatura maior que a normal para seu bom desempenho e isso ocorre, por exemplo, quando somos atacados por microorganismos --- vírus e bactérias --- e nossas defesas internas ( glóbulos brancos e seu exército) precisam lutar contra eles para nos defender. Acontece que essas defesas são realizadas à custa de reações químicas, cuja eficiência aumenta com o aumento da velocidade com que se processam estas reações. Sabe qual é um dos fatores que aumenta esta velocidade? Sim, é isso mesmo, a temperatura! Para ajudar os glóbulos no combate a essa invasão de microorganismos nosso organismo decide, nesta situação de guerra, aumentar a temperatura corporal bem acima dos 36,1 o. Está instalada a febre --- não é ela uma doença em si, mas a conseqüência de uma luta que está sendo travada em nosso benefício --- não é um problema, pelo contrário, é até um benefício, pois nos mostra que estamos equipados com mecanismos adequados de defesa. Pior seria se não tivéssemos febre! Ai os microorganismos acabariam conosco num piscar de olhos. O problema aparece quando nosso organismo, em desespero de causa, continua a aumentar a temperatura corporal; as vezes, para além dos 40 o : ai o bicho pega! A temperatura passa a ser um problema seríssimo, pois aniquila nossas enzimas e nossas células podendo, mesmo, ocasionar a morte. Antes de chegar a tal situação, devemos fazer algo para baixar a temperatura. É ai que entram os medicamentos para controlar a febre, e não para acabar com ela... e conosco! O cobertor realmente nos esquenta? Preliminares O calor pode transmitir-se, de um local mais quente para outro mais frio, de três modos: condução, convecção e radiação. Ainda que os três possam ocorrer de forma simultânea, um deles pode ter maior relevância, sobre os outros, em cada situação. omo vimos, sentimos frio quando nosso corpo perde calor. Quando maior a rapidez dessa perda, maior será também a sensação de frio. Na perda de calor através da pele, a convecção contribui de forma decisiva. Esse modo de propagação do calor ocorre apenas com os fluidos (líquidos e gases) e pressupõe-se a existência de correntes (fluxos) no interior deles. Massas de fluidos a baixas temperaturas são substituídas por massas de fluido a maior temperatura que estão em contato com a fonte de calor. Esses movimentos do fluido produzem-se, em geral, como conseqüência de uma diferença de peso específico que o fluido quente apresenta em relação ao fluido frio. Devido a isso, o fator 'existência de gravidade' é preponderante nesse tipo de convecção. Se em um recipiente transparente contendo água que está sendo aquecida acrescentarmos uma gotas de corante (figura abaixo, esquerda), poderemos observar facilmente as correntes de convecção. Elas se manifestam quando a água do fundo fica

10 aquecida (menos densa) e sobe, dando lugar à água fria (mais densa) que desce da superfície. Se colocarmos a mão logo acima de um radiador de calor (aquecedor elétrico) em funcionamento, notaremos a corrente de convecção determinada pela ascensão do ar quente. Uma variante, denominada convecção forçada, tem lugar quando as correntes de convecção não são originárias por diferenças de densidades. Se forçarmos tais correntes, aumentamos a taxa de transferência de calor. Assim, se agitarmos com uma colher a água que estamos aquecendo, provocamos uma convecção forçada e o aquecimento ocorrerá com maior rapidez. De forma análoga, a colocação de um ventilador na frente do radiador de calor, fará com que o ambiente se aqueça mais rapidamente. Uma convecção é um transporte de material quente para uma região fria e, sempre deverá haver algum fator (causa) para determinar tal movimento (efeito). Nos casos corriqueiros de aquecimento de líquidos a causa da convecção é a gravidade terrestre. Quando, mediante uma tenaz, levamos um carvão em brasa de uma churrasqueira para uma bacia com água e o trazemos de volta para a churrasqueira, seremos nós o responsável por essa corrente de convecção. Uma das funções da roupa que vestimos é justamente dificultar as correntes de convecção, as quais ocasionariam perdas de calor. Os ventiladores que usamos no verão (muito longo, para meu gosto) para nos refrescar também é exemplo de convecção forçada. Segurando-se uma das extremidades de uma barra de ferro (figura acima, direita) e mantendo a outra sobre o fogo, é provável que, a menos que a barra seja muito comprida, logo deveremos soltá-la para não queimar a mão. Através da barra de ferro, assim como no interior de qualquer outro sólido, o calor se propaga mediante um mecanismo denominado condução. É uma transferência gradual de calor de partícula para partícula, no sentido da região quente para a fria. Os metais são excelentes condutores de calor enquanto que os tecidos com os quais nos vestimos e aqueles com os quais se fazem os cobertores são muito maus condutores. O próprio ar, em si, é mau condutor de calor. Um cobertor, portanto, não nos "dá calor", apenas dificulta sua perda, primeiro por ser mau condutor de calor e segundo por dificultar as correntes de convecção do ar. A radiação é o terceiro modo através do qual o calor pode propagar-se. Todos os corpos emitem e absorvem calor sob a forma de radiação eletromagnética. Em geral, quanto

11 maior a temperatura da fonte térmica, maior será a quantidade de energia radiante emitida. Uma grande parte da energia disponível na Terra provém da radiação térmica solar. Uma superfície que absorve bem a radiação incidente sobre ela, nós a reconhecemos como tendo cor preta. Ao contrário, uma superfície reconhecida como de cor branca, é aquela que não absorve praticamente nada da radiação que recebe. ONDUÇÃO DE ALOR Transmissão de calor é a denominação dada à passagem da energia térmica (que durante a transferência recebe o nome de calor) de um corpo para outro ou de uma parte para outra de um mesmo corpo. Essa transmissão pode se processar de três maneiras diferentes: condução, convecção e irradiação. 1. ONDUÇÃO É o processo de transmissão de calor em que a energia térmica passa de um local para outro através das partículas do meio que os separa. Na condução a passagem da energia de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região mais quente, as partículas têm mais energia, vibrando com mais intensidade; com esta vibração cada partícula transmite energia para a partícula vizinha, que passa a vibrar mais intensamente; esta transmite energia para a seguinte e assim sucessivamente. A condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material e que, portanto, não ocorre no vácuo. As panelas, geralmente são de metal e possuem um cabo de madeira ou de baquelite. O metal, por ser bom condutor de calor, garante aquecimento mais rápido; a madeira ou a baquelite do cabo, não queimam a mão por serem bons isolantes térmicos. As canecas de alumínio, muito usadas antigamente, são pouco práticas, pois, ao se colocar dentro delas líquidos quentes, elas rapidamente se aquecem, tornando-se difícil tocá-las. Hoje em dia são mais usadas as canecas de vidro, de cerâmica ou de acrílico, que são bons isolantes térmicos. Os fabricantes de geladeiras recomendam a limpeza do congelador quando a camada de gelo em seu interior atinge determinada espessura, pois o gelo é bom isolante térmico e por isso dificulta as trocas de calor que devem ocorrer entre o congelador e o fluido operante dentro dos tubos do congelador. Pelo mesmo motivo, os iglus, habitação típica dos esquimós, são de gelo, para diminuir as perdas de calor de seu interior, já que o gelo é bom isolante térmico.

12 2. ONVEÇÃO onsideremos uma sala na qual se liga um aquecedor elétrico em sua parte inferior.o ar em torno do aquecedor se aquece, tornando-se menos denso que o restante. om isto ele sobe e o ar frio desce, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe e o ar frio que desce. A esse movimento de massas de fluido chamamos convecção e as correntes de ar formadas são correntes de convecção. Portanto, convecção é um movimento de massas de fluido, trocando de posição entre si. Notemos que não tem significado falar em convecção no vácuo ou em um sólido, isto é, convecção só ocorre nos fluidos. Exemplos ilustrativos: 1) No verão, deve-se introduzir o ar refrigerado nas salas pela parte superior, para que, devido à sua maior densidade, ele desça, provocando a circulação de ar. No inverno, o ar quente deve ser introduzido pela parte inferior da sala. 2) À beira-mar, a areia, tendo calor específico sensível muito menor que o da água, se aquece mais rapidamente que a água durante o dia e se resfria mais rapidamente durante a noite. DURANTE O DIA: O ar próximo da areia fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da água para a terra. É o vento que, durante o dia, sopra do mar para a terra.

13 DURANTE A NOITE: O ar próximo da superfície da água se resfria menos. om isto ele fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da terra para água. É o vento que, durante a noite, sopra da terra para o mar.

14 Nas geladeiras o congelador é sempre colocado na parte superior, para que o ar se resfrie na sua presença e desça, dando lugar ao ar mais quente que sobe. As prateleiras são feitas em grades (e não inteiriças) para permitir a convecção do ar dentro da geladeira. 3. IRRADIAÇÃO É o processo de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) se propaga até o outro, através do espaço que os separa. Sendo uma transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas, a radiação não exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação ocorre no vácuo e também em meios materiais. Entretanto, não são todos os meios materiais que permitem a propagação das ondas de calor através deles. Toda energia radiante, transportada por onda de rádio, infravermelha, ultravioleta, luz visível, raio X, raio gama, etc., pode converter-se em energia térmica por absorção. Porém, só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor. ATENÇÃO: Um corpo bom absorvente de calor é um mau refletor. Um corpo bom refletor de calor é um mau absorvente.

15 GARRAFAS TÉRMIAS As garrafas térmicas são recipientes destinados a impedir a troca de calor entre seu conteúdo e o meio ambiente. Em virtude da simplicidade com que são construídas e facilidade de manejo que oferecem, passaram a ter um amplo emprego; as mais conhecidas são as de uso doméstico, que servem para manter os líquidos quentes ou frios por longos períodos de tempo. Existem apenas três maneiras pelas quais o calor pode ser transferido de um meio a outro: a condução, a convecção e a radiação. As garrafas térmicas são constituídas basicamente de um vaso de vidro com paredes duplas, distanciadas entre si cerca de1 cm. No processo de fabricação, o ar é retirado (parcialmente, pois é impossível obter o vácuo perfeito) do espaço entre as paredes através de um orifício que a seguir é selado. om isso reduz-se consideravelmente a transferência de calor tanto por condução como por convecção, afinal, esses tipos de troca de calor necessitam de meio material para se propagarem. Para que seja mínima a transferência por radiação, as superfícies das paredes são revestidas de prata, o que as torna altamente espelhadas. Assim as radiações são refletidas internamente sem que haja transmissão para o exterior. omo o vidro é muito frágil, o vaso é acondicionado em um recipiente de metal ou plástico. A rolha para fechamento da garrafa é geralmente oca e feita de borracha ou plástico, que oferecem bom isolamento térmico. Não existem isolantes perfeitos, há sempre alguma perda de calor através da tampa, por melhor que seja o isolante térmico utilizado. Assim, se colocarmos líquido quente no interior da garrafa, o líquido vai se esfriando, embora muito lentamente.

16 EXERÍIOS PARA A PROVA 1 Um termômetro indica uma temperatura ambiente de 25. Nas mesmas condições, qual é a temperatura indicada por um termômetro graduado na escala Fahrenheit? 2 No ser humano a temperatura corpórea pode variar no intervalo de 35 a 42. Na escala Fahrenheit quais seriam esses limites? 3 Uma escala arbitária X relaciona-se com a escala elsius de acordo com o diagrama ao lado. Qual a temperatura na escala X correspondente à temperatura em elsius de ebulição da água? 4 Sêmen bovino para inseminação artificial é conservado em nitrogênio líquido que, à pressão normal, tem temperatura 78K. alcule essa temperatura em: a) graus elsius ( ); b) graus Fahrenheit ( F). 5 - Determine a temperatura cuja indicação na escala Fahrenheit, corresponda ao dobro da indicação na escala elsius. 6 Numa escala X, as convenções são 5 X para o ponto de gelo e 85 X para o ponto de vapor. Para converter a leitura X em leitura devemos usar: a ) b) c) d) e) 5x x x 4 x 5 5x Se uma haste de prata varia seu comprimento de acordo com o gráfico dado, o coeficiente de dilatação linear desse material vale:

17 a )4,0.10 b)3,0.10 c)2,0.10 d)1,5.10 e)1, Uma placa de aço sofre uma dilatação de 2,4 cm², quando aquecida de 100. Sabendo que o coeficiente de dilatação linear médio do aço, no intervalo considerado, é 6 1 1,2.10, podemos afirmar que a área da placa, antes desse aquecimento era de? 9 Um paralelepípedo, a 30, tem dimensões 10cm x 20cm x 40cm e é constituído por 6 1 um material cujo coeficiente de dilatação vale Determine o acréscimo de volume, em cm³, sofrido pelo paralelepípedo quando este é aquecido até Uma barra metálica constituída por um material com coeficiente de dilatação linear tem comprimento L 0 a 20. Determine a que temperatura essa barra deve ser aquecida para seu comprimento aumentar 0,1%. 11 Um corpo absorve calor de uma fonte à razão de 1000 cal/min. O gráfico da temperatura do corpo em função do tempo t, está indicada a seguir. a) Qual é a capacidade térmica do corpo? b) Se a massa do corpo é 1000g, quanto vale seu calor específico em cal/g 12 Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, misturam-se 100g de latão a 400 com 100g de água a 50. Sendo o calor específico do latão 0,092 cal/g, determine a temperatura de equilíbrio térmico olocaram-se 500g de cobre a 200 num recipiente contendo 750g de água a 20. Qual será a temperatura final, depois de estabelecido o equilíbrio térmico? Dado: calor específico do cobre = 0,094 cal/g

18 14 - Um bloco de alumínio, de massa 400g e a temperatura de 120, é introduzido em um calorímetro de cobre de massa 300g que contem 900g de água a 25. Supondo que não haja perda de calor para o ambiente, a temperatura final de equilíbrio, em, vale, aproximadamente: Dados: calor específico do alumínio = 0,20 cal/g calor específico da água = 1 cal/g calor específico do cobre = 0,1 cal/g 15 Em um calorímetro de capacidade térmica 42,5 cal/ que contém 250g de água a 50, são colocados m gramas de gelo fundente. A temperatura de equilíbrio térmico é 10. Quanto vale a massa m? Dados: calor específico da água = 1 cal/g calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 16 São colocados em contato, formando um sistema isolado, 40g de gelo a -20 e 100g da água a 20. Descreva o equilíbrio térmico. Dados: calor específico da água = 1 cal/g calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g calor específico do gelo = 0,5 cal/g 17 - Um corpo metálico de 200g constituído por uma substância cujo calor específico vale 0,3 cal/g, inicialmente a 15, é aquecido por uma fonte de calor que fornece 50 cal/s. Determine: a) a temperatura do corpo após um aquecimento por 2 minutos; b) o tempo de aquecimento necessário para o corpo metálico atingir a temperatura de Uma resistência é mergulhada em um recipiente que contém 2l de água, à temperatura de 20. A resistência é ligada então, a uma tomada elétrica durante 1 minuto. Sabe-se que a potência elétrica dissipada na resistência é de 4400W. Qual a temperatura da água ao final desse tempo? Dados: alor específico da água = 1 cal/g Adote 1 caloria = 4,2 joules Densidade da água = 1 g/ L 19 Você coloca a extremidade de uma barra de ferro sobre uma chama, segurando pela outra extremidade. Dentro de pouco tempo, você sente, através do tato, que a extremidade que você segura está se aquecendo. Podemos dizer que: a) não houve transferência de energia no processo. b) o calor transferiu-se por irradiação. c) o calor transferiu-se por convecção. d) não podemos dizer que a energia transferida foi calorífica. e) o calor transferiu-se por condução.

19 20 onsidere três fenômenos simples: I circulação de ar na geladeira. II aquecimento de uma barra de ferro. III variação de temperatura do corpo humano no banho de sol. Associe, nesta mesma ordem o tipo de transferência de calor que principalmente ocorre nestes fenômenos. 21 Uma garrafa de cerveja e uma lata de cerveja permanecem por mais de 12 horas numa geladeira. Ao retirarmos ambos os frascos, temos a impressão de que a lata está mais fria do que a garrafa. Uma explicação plausível para esse fato é que: a) como a lata é melhor condutora de calor do que o vidro, a temperatura da cerveja no seu interior realmente é mais baixa que a temperatura da cerveja no interior da garrafa. b) como a lata tem dimensões menores que a garrafa, ela estará a uma temperatura mais baixa. c) como o vidro é melhor condutor de calor que a lata, ao colocarmos a mão na garrafa, transmitimos prontamente calor do corpo ao vasilhame. d) como a lata é pior condutora de calor que o vidro, a temperatura da cerveja é menos na lata do que na garrafa. e) como a lata é melhor condutora de calor que o vidro, ao pegarmos a lata, transmitimos prontamente a ela o calor do corpo. 22 Algumas geladeiras domésticas possuem as prateleiras internas gradeadas. Elas são assim para: a) evitar a absorção de energia radiante. b) facilitar a absorção de energia radiante. c) facilitar a convecção do ar no seu interior. d) atuar como terra evitando choques nos usuários. e) facilitar a condução de calor para os alimentos F 2 95 F e 107,6 F 3 66,67 X 4 a) -195 b)-319 F e 320 F 6 a 7 c 8 1m² 9 12 cm³ a) 400 cal / GABARITO

20 b) 0,4 cal /g 12 79,5 aproximadamente 13 30,6 aproximadamente g 16 No equilíbrio haverá água e gelo a 0 (massa de água = 120g e massa de gelo = 20g) 17 a) 115 b) 3 minutos 18 51,4 19 e 20 a 21 e 22 c

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