Oficina : Física Térmica

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE FÍSICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA Oficina : Física Térmica Prof. Nelson Luiz Reyes Marques

2 1- temperatura A temperatura é uma grandeza primitiva, não podendo, por isso, ser definida. São as sensações táteis de quente e de frio que nos transmitem a primeira noção de temperatura.

3 Termoscópios e termômetros Termoscópio qualquer instrumento que permita verificar se a temperatura está ou não variando. Termômetro é um instrumento destinado a medir a temperatura. Termômetro de álcool.

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5 2- Calor Calor é uma forma de energia transferida de um corpo para outro devido, exclusivamente, a uma diferença de temperatura. Provocação 1- Quanto maior a temperatura de um corpo, mais calor ele possui? Provocação 2- Pode-se dizer que a temperatura é a medida da quantidade de calor de um corpo? Provocação 3- Para aumentar a temperatura de um corpo ele deve obrigatoriamente receber calor? Provocação 4 - Sempre que um corpo recebe calor a sua temperatura aumenta?

6 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS ILHAS DE CALOR... Nesses locais, há um acúmulo de calor devido ao sol, aos motores e ao calor de aparelhos elétricos. LIVRO: Ciências 4 pág 17 Paulo Cunha e Suely Raimondi Atual Editora Por outro lado, parte do calor produzido rente ao solo é aprisionado pelas nuvens, que funcionam como uma tampa de panela. LIVRO: Ciências 4 pág 32 Paulo Cunha e Suely Raimondi Atual Editora O calor da terra. LIVRO: Ciências 4 pág 118 Francisco Azevedo de Arruda Sampaio e Alaoma Fernandes de Carvalho Editora: IBEP

7 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS Quando um corpo ganha calor, ele esquenta; quando perde calor, esfria Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione O calor pode ser produzido por meio de aparelhos elétricos... Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione Nos também podemos produzir calor esfregando as mãos uma na outra, sentimos as mãos aquecermos. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione Há corpos que se aquecem com mais rapidez e, por isso conduzem (transmitem) o calor com facilidade. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione

8 3 - Processos de propagação do calor Condução térmica Condução térmica é um processo de transporte de energia, sem transporte de matéria, que ocorre de maneira mais eficiente nos materiais sólidos.

9 Provocação 5- O que significa dizer estou com frio? Provocação 6- Por que a lã é muito usada nos dias frios? Provocação 7- Em um mesmo ambiente de temperatura uniforme, você toca um pedaço de madeira e uma peça de metal. Como você explica o fato da peça metálica parecer mais fria? ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS..., você usa um cobertor para se aquecer. LIVRO: Ciências 4 pág 73 Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles Editora: IBEP

10 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS Há corpos que se aquecem com mais rapidez e, por isso conduzem (transmitem) o calor com facilidade. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione Há outros corpos que demoram mais para se aquecer, por isso conduzem o calor com mais dificuldade. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione 3. a) O alumínio e o ferro são bons condutores porque se aquecem com rapidez. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione 3. b) A madeira e o plastico são maus condutores porque demoram mais para se aquecer. Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série Ed Scipione

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12 Comentários importantes: 1º) As panelas usadas em uma cozinha devem ser feitas de metal, para que a energia térmica se propague rapidamente. Mas seus cabos, geralmente, são feitos de madeira ou de plástico, maus condutores de calor, a fim de dificultar a chegada do calor até a mão de quem segura o utensílio.

13 2º) As panelas de aço inox com fundo triplo, são feitas com duas camadas de aço inox, envolvendo uma camada de alumínio, que por se melhor condutor que o aço inox, distribui o calor da chama de maneira mais uniforme, facilitando o cozimento dos alimentos. Se o alumínio for substituído por cobre, o aquecimento ainda é mais homogêneo e rápido em toda sua superfície interna.

14 Convecção térmica Convecção térmica é um processo de transporte de energia, juntamente com o transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e a ação gravitacional.

15 Comentários importantes: 1º) Em um refrigerador ocorre a formação de correntes de convecção.

16 ERRO CONCEITUAL Guia do estudante Enem Geografia

17 Inversão térmica.

18 Arranjo Experimental. Pega-se uma garrafa de plástico de refrigerante, com dois orifícios. Introduzimos uma rolo de papel num dos orifícios. Coloca-se fogo na extremidade externa do papel e observa-se a fumaça... Como podemos explicar?? A atmosfera, sendo poluída, retém mais calor da terra,... LIVRO: Ciências 4 pág 75 Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles Editora: IBEP

19 Irradiação térmica Irradiação térmica é o processo de transferência de calor através de ondas eletromagnéticas, chamadas ondas de calor ou calor radiante.

20 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS O esquema abaixo representa corretamente um aquecedor solar? LIVRO: Ciências 4 pág 108 Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles Editora: IBEP

21 Estufas são recintos fechados com paredes e teto de vidro (ou plástico transparente), utilizadas, principalmente em países de inverno rigorosos, para cultivar verduras, legumes e flores.

22 5º) A atmosfera da terra também provoca o efeito estufa

23 Troposfera Ela vai do nível do mar até 12 km de altura. É nesta camada que ocorrem os fenômenos climáticos (chuvas, formação de nuvens, relâmpagos). É também na troposfera que ocorre a poluição do ar. Os aviões de transporte de cargas e passageiros voam nesta camada.

24 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS O esquema abaixo representa corretamente a atmosfera da terra? LIVRO: Ciências 4 pág 74 Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles Editora: IBEP

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26 ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS Experimento proposto na página 71 do livro a Infância Feliz 4º série Autores: Aline Viana, Maria José Jordão e Sergio Escarlate Editora: Escala Educacional Arranje uma colher de madeira, uma de plástico e outra de alumínio ou aço inoxidável. Coloque-as ao sol. 1. As colheres se aquecem igualmente? Não 2. Qual delas se aquece mais? A de metal Você concorda com as respostas apresentadas pelos autores? A cor não importa?...

27 PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU EDUCAÇÃO PARA A CIÊNCIA E O ENSINO DE MATEMÁTICA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS DE ALUNOS DA 8ª SÉRIE DO ENSINO FUNDAMENTAL SOBRE O FENÔMENO DO EFEITO ESTUFA ANA CRISTINA LEANDRO DA SILVA LIBANORE Maringá 2007 Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Educação para a Ciência e o Ensino de Matemática da Universidade Estadual de Maringá como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre. Orientadora: Profª. Dra. Ana Tiyomi Obara.

28 4. Efeito Estufa O efeito estufa é um fenômeno atmosférico natural, ou seja, existe na natureza, é independente da ação do homem e das atividades que o homem realiza em interação com o meio ambiente. Ele acontece porque alguns gases que compõem a atmosfera funcionam como um vidro de uma estufa, que deixa passar a luz solar para seu interior, mas aprisiona o calor gerado dentro da estufa. O texto contém algum erro conceitual?

29 Efeito Estufa Molion (1995, p. 2) define esse acontecimento da seguinte maneira: A atmosfera terrestre é constituída de gases que permitem a passagem da radiação do sol e absorvem grande parte do calor (a radiação infravermelha térmica) emitido pela superfície aquecida da Terra. Essa propriedade é conhecida como efeito estufa. O texto contém algum erro conceitual?

30 As concepções alternativas sobre o efeito estufa O efeito estufa é causado por gases produzidos pela geladeira, pela fabricação de isopor, pelas fumaças das fábricas e dos carros, e o gás que mais destrói é um gás chamado CFC, que além de destruir a camada de ozônio, ele aprisiona os raios do sol. (E-1) Efeito estufa é a degradação do meio ambiente e que acaba muito com a camada de ozônio. Ocorre com a poluição e nós poluímos o meio ambiente a toda hora até quando jogamos um papel de bala no chão nós poluímos.(e-2)

31 As concepções alternativas sobre o efeito estufa O efeito estufa é conhecido também como aquecimento global, é causado pela emissão de gases poluentes e resíduos que destroem a camada de ozônio. (E-3) O efeito estufa é causado pelos lixos, fumaça das fábricas, gás da geladeira e o CFC. Esses produtos e fumaças fazem buracos na camada de ozônio e isso é muito ruim. (E- 5) O efeito estufa ocorre quando a poluição quebra a camada de ozônio deixando os raios ultravioletas entrarem. (E-13)

32 As concepções alternativas sobre o efeito estufa O efeito estufa está existente a partir do início da industrialização, quando as indústrias lançaram fumaças a partir da produção na atmosfera. (E-6) Como é causado o efeito estufa: pelo desenvolvimento tecnológico e com a tecnologia, a criação de máquinas, indústrias, carros, tudo isso polui e hoje a maior poluição é a destruição da camada de ozônio além da degradação da natureza. (E-33)

33 As concepções alternativas sobre o efeito estufa O efeito estufa pode ocasionar várias secas, prejudicando, assim, as produções agrícolas e doenças como o câncer de pele. (E-32) As implicações de efeito estufa são muito graves para a vida do ecossistema e da vida humana no planeta Terra, pois querendo ou não as pessoas vão se prejudicar, gerando doenças como câncer de pele e etc. (E-12) Medidas já foram tomadas para conter o efeito estufa como o Tratado de Kyoto, porém não alteraram a realidade, ou seja, não deu certo. (E-6)

34 Professora de Ciências O que você entende por efeito estufa? Seria um aquecimento global da Terra com o aprisionamento da temperatura na atmosfera. (PC)

35 Professora de Geografia Sim, já trabalhei, é nas 5ª séries, apesar de trabalhar em todas as séries, sempre estar comentando sobre esse fenômeno causado pelos gases que o homem emite na camada de ozônio. (PG) Então, é justamente isso; então, tentar fazer com que eles relacionem algo que está sendo gerado pelo homem que é o efeito estufa por causa dos gases e que está afetando diretamente a nossa vida e sempre trabalhar algo que é mais concreto para eles, algo que eles entendam.(pg)

36 Professora de Geografia Inclusive, e aí, a gente pode puxar pra questão do câncer de pele, da proteção que nos devemos ter em questão ao sol, os horários, porque que eles assistem na televisão, porque das 10 às 4 horas da tarde a gente tem que se prevenir passar um filtro solar. (PG)

37 5. Dilatação dos sólidos Podemos observar, em várias situações cotidianas, os efeitos da dilatação e da contração que ocorrem devido às variações na temperatura. Os cabos de aço da ponte Golden Gate de São Francisco (EUA) ficam até 1,50 metros mais abaixo, no meio da ponte, no verão do que no inverno, devido à dilatação.

38 Existem algumas situações em que é necessário o uso de materiais com a mesma taxa de dilatação, como por exemplo, o engenheiro usa barras de ferro de reforço que possuem a mesma taxa de dilatação que o concreto e o dentista utiliza na restauração um material com a mesma taxa de dilatação que o esmalte dos dentes. Amálgama prateado A dilatação pode ser útil. Quando se quer afrouxar a tampa metálica de um vidro, podemos mergulhá-los em água quente. A tampa de metal dilata-se mais que o vidro e fica um pouco mais frouxa.

39 Dilatação linear Dilatação ( L) = coeficiente de dilatação ( ) X comprimento inicial (L 0 ) X aumento de temperatura ( T). L L 1. T 0 L. L. T 0

40 Dilatação superficial e volumétrica

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42 A figura representa o termostato de um ferro elétrico que funciona com uma lâmina bimetálica de latão e invar (liga metálica composta de ferro e níquel), cujo coeficiente de dilatação é menor do que o coeficiente do latão.

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44 6- Calor e energia interna James P Joule confirmou, experimentalmente, que calor é uma forma de energia. Joule realizou diversos experimentos na busca do equivalente mecânico do calor. Por volta de 1840, inventou um recipiente com água, isolado termicamente, no qual colocou um sistema de pás que podiam agitar a água

45 Atualmente, considera-se que, quando a temperatura de um corpo é aumentada, a energia que ele possui em seu interior, a energia interna, também aumenta. Se o corpo é colocado em contato com outro, de temperatura mais baixa, haverá transferência de energia do primeiro para o segundo e essa energia é denominada calor. Portanto, o conceito é o seguinte: Calor é uma forma de energia transferida de um corpo para outro devido, exclusivamente, a uma diferença de temperatura.

46 A energia interna de um sistema resulta das energias cinéticas e potenciais de todas as partículas que o constituem. Podemos ter corpos com as mesmas temperaturas e diferentes energias internas. A energia interna depende da quantidade de matéria que constitui o sistema. Se tivermos 3 litros de água a 80 ºC e os dividirmos por dois recipientes, um com um litro e outro com dois litros, a água terá a mesma temperatura nos dois recipientes, mas a energia interna no recipiente com dois litros será o dobro da do outro recipiente, pois tem duas vezes mais água.

47 Provocação 5- Qual(is) a(s) condição(ões) para se admitir a existência de calor? Provocação 6- Para aumentar a temperatura de um corpo ele deve obrigatoriamente receber calor?

48 Capacidade Térmica e Calor Específico A capacidade térmica de um corpo está relacionada com a quantidade de energia na forma de calor que ele é capaz de absorver ou ceder. O calor específico esta relacionado com a capacidade de uma substância absorver energia na forma de calor. O calor específico é definido como a quantidade de calor por unidade de massa necessária para elevar ou baixar de 1 ºC a temperatura de uma substância.

49 - entre as substâncias de uso comum, a água é a substância que apresenta o maior calor específico. - essa propriedade da água de absorver e liberar grandes quantidades de calor sem que a sua temperatura sofra grandes variações é importante para o clima da terra, que é moderado pela temperatura relativamente estável dos oceanos.

50 2º) No litoral, durante o dia, o ar próximo à superfície da Terra se aquece mais rapidamente do que o ar próximo à superfície do mar. Assim, o ar que está sobre a areia sobe e, abre um espaço, que é rapidamente ocupado pelo ar mais frio, aquele que está sobre o mar. Forma-se assim uma corrente de ar que chamamos de brisa marítima, pois sopra do mar para a terra.

51 Depois que o Sol se põe, a água e a areia deixam de receber calor e começam a esfriar. Mas a areia esfria rapidamente, e a água do mar demora a esfriar. O ar que está sobre o mar fica mais quente do que o ar que está sobre a areia. Mais aquecido, fica menos denso e sobe. Assim, o ar que está sobre a areia se desloca em direção ao mar: é a brisa terrestre.

52 Calor Latente A quantidade de energia, na forma de calor, necessária para transformar uma unidade de massa de uma substância na fase sólida para a líquida é chamada calor latente de fusão. Para a água, o calor latente de fusão vale 80 cal/g, ou seja, são necessárias 80 calorias para fundir cada grama de gelo. Para a água, o calor latente de vaporização vale 540 cal/g, ou seja, são necessárias 540 calorias para vaporizar cada grama de água.

53 Provocação 7- Sempre que um corpo recebe calor a sua temperatura aumenta?

54 7. Mudanças de Fase

55 Transformação Sólido Líquido Líquido Sólido Líquido Gasoso Gasoso Líquido Sólido Gasoso Gasoso Sólido Mudança de fase Fusão Solidificação Vaporização Condensação Sublimação Sublimação (inversa) Temperatura que se processa a mudança de fase Temperatura de fusão (T F ) Temperatura de solidificação (T S ) Temperatura de vaporização (T V ) Temperatura de condensação (T C ) Temperatura de sublimação (T S ) Temperatura de sublimação inversa (T SI ) Observa ções T F = T S T S = T F T V = T C T C = T V T S =T SI T SI =T S Transformaçã o Endotérmica Exotérmica Endotérmica Exotérmica Endotérmica Exotérmica

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57 Orvalho - Condensação na forma de pequenas gotas de água que se formam na grama e em outros objetos pequenos perto do chão, geralmente durante a noite, quando a temperatura cai até o ponto de condensação. Ponto de Orvalho: Temperatura necessária para que a umidade existente no ar se converta em orvalho. Geada - Depósito de gelo cristalino, em forma de agulhas, prismas, escamas, etc., resultante da sublimação do vapor de água do ar (ou pelo congelamento do orvalho ou ainda pelo esfriamento produzido pela evaporação da água ), sobre a superfície do solo, das plantas e dos objetos expostos ao ar.

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