INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES. Calor e Temperatura. Professor Elder Latosinski

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1 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES Calor e Temperatura Professor Elder Latosinski

2 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES QUESTÃO: O estudo de temas relacionados a calor e temperatura tem alguma ligação com o curso de Gestão Ambiental? Professor Elder Latosinski

3 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES Termometria Professor Elder Latosinski

4 TEMPERATURA A Temperatura é uma grandeza física que mede o nível de agitação das partículas (átomos ou moléculas) que constituem o corpo. Quanto mais agitadas elas estiverem maior será a temperatura do corpo.

5 Calor é a energia térmica que flui espontaneamente do corpo mais quente para o corpo mais frio. Dizemos que o equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos, que estavam trocando calor entre si, atingem a mesma temperatura. Neste momento a troca de calor entre eles termina.

6 No Sistema Internacional de Unidades (SI) O calor é medido em Joules (J); Usualmente usa-se a caloria (cal) 1cal = 4,18J

7 RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS CELSIUS ( ºC ) FAHRENHEIT ( ºF ) KELVIN ( K ) Pressão de 1 Atm Equações de Conversão Relação de Conversão de Variações

8 Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta. Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio. Quando a temperatura aumenta, há um aumento da agitação, fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em consequência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.

9 Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia. Entre elas temos: - Dilatação Linear - Dilatação Superficial - Dilatação Volumétrica

10 Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento). L.. T L o L L L o

11 Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1, C -1 e 2, C -1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê. RESOLUÇÃO Como α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.

12 Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura). A A.. T o A A oa 2.

13 O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida? RESOLUÇÃO A experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.

14 Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura). V V.. T o V V V o 3.

15 Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam. V V.. T o liquidoap rec

16 A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção Gráfico I O gráfico I mostra esse comportamento: de 0 C até 4 C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4 C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).

17 Gráfico II O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.

18 Assim, de 0 C a 4 C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4 C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta. A densidade da água é máxima a 4 C e seu valor é 1,0000 g/cm 3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.

19 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES Mudanças de Estados Físicos Professor Elder Latosinski

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21 FUSÃO e SOLIDIFICAÇÃO - Os sólidos necessitam de calor para virarem líquidos; - Para um certo valor da pressão, a fusão de uma substância ocorre sempre à mesma temperatura; - Durante a fusão a temperatura permanece constante se a pressão permanecer constante;

22 FUSÃO e SOLIDIFICAÇÃO - Quando muda a pressão sobre um corpo, a temperatura em que ele funde se altera; Casos a considerar: Transição Sólido Líquido Substâncias que aumentam de volume na fusão (regra geral) P t f (t s ) P t f (t s ) Substâncias que diminuem de volume na fusão (água, ferro, bismuto, antimônio) P t f (t s ) P t f (t s )

23 REGELO - Devido a um aumento de pressão, a temperatura de fusão diminui para aproximadamente 0,007ºC - Após o cordão arame passar a água volta ao estado sólido; -Ex: bolas de neve; patinador no gelo;

24 EVAPORAÇÃO É o tipo de vaporização lenta, que ocorre apenas junto à superfície livre do líquido. Esse fenômeno não requer condições físicas determinadas para ocorrer. Em outras palavras, não há uma temperatura determinada para um líquido evaporar. A água do tanque, por exemplo, evapora a 5 o C, a 20 o C, a 60 o C, etc.

25 EVAPORAÇÃO FATORES QUE INFLUENCIAM NA RAPIDEZ DA EVAPORAÇÃO 1. Natureza do Líquido; 2. Temperatura; 3. Área da superfície livre; 4. Pressão na superfície;

26 OBSERVAÇÃO EVAPORAÇÃO A evaporação é um processo resfriamento Exemplo: álcool nas mãos; cães e porcos; UMIDADE RELATIVA DO AR Ar saturado = 100% de umidade Quanto MAIOR a umidade, MENOR a velocidade de evaporação do líquido

27 EBULIÇÃO É a vaporização intensa e turbulenta que ocorre ao longo de toda a massa líquida, com formação de bolhas de vapor junto às superfícies aquecidas. Essa bolhas aumentam de volume à medida que se elevam no líquido, em virtude da redução da pressão. Ao contrário da evaporação, a ebulição só acontece quando é atingida uma certa temperatura, que depende da pressão exercida sobre o líquido pelo ambiente.

28 CONCEITOS IMPORTANTES Ponto de fusão é a temperatura na qual a substância muda da fase sólida para a fase líquida. Ponto de vaporização é a temperatura na qual a substância muda da fase líquida para a fase gasosa. Ponto de solidificação é a temperatura na qual a substância muda da fase líquida para a fase sólida. Ponto de condensação é a temperatura na qual a substância muda da fase gasosa para a fase líquida.

29 Pontos de FUSÃO e EBULIÇÃO de algumas substâncias Substância ponto de fusão ( o C) ponto de vaporização( o C) mercúrio nitrogênio álcool enxofre gelo Prata água

30 OBSERVAÇÃO: Influencia da pressão A pressão local influencia diretamente na temperatura de ebulição da água; Transição Líquido Vapor P t E (t s ) P t E (t s )

31 Temperatura de Ebulição da água Em alguns lugares, o ponto de vaporização pode variar dependendo da altitude local. Maceió, Recife e Rio de Janeiro 100 o C São Paulo Brasília Quito La Paz Alto do Monte Everest 98 o C 96 o C 90 o C 87 o C 75 o C

32 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES Calorimetria Professor Elder Latosinski

33 C = Q/ T É a razão entre a quantidade de calor ( Q) cedido ou recebido por um corpo, pela variação em sua temperatura ( T). Corpos de diferentes substâncias podem apresentar a mesma capacidade térmica. Esta grandeza não caracteriza uma substância, individualizando-a das demais. Ela é apenas uma constante relativa a um corpo em particular.

34 Comentários Unidade: cal/ºc Exemplo: C = 15 cal/ºc Chaleira; fagulha de solda; (significado físico) Q C T C mc

35 O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para fazer um grama de determinada substância elevar 1 grau Celsius sua temperatura. c Q m T

36 Observações No fundo, o calor específico nos dá uma idéia da capacidade da substância em receber ou perder calor. Quanto maior seu calor específico, mais lentamente ocorrerá as trocas de calor. Por outro lado, quanto menor o calor específico de uma substância, com mais facilidade ela perderá ou receberá calor.

37 Observações - UNIDADE: cal/gºc - O calor específico é uma propriedade das substâncias; - Comentários: aquecimento da areia e da água (exemplo: praias e desertos);

38 CALOR SENSÍVEL: é aquele em que ocorre variação na temperatura do corpo, sem mudança de estado físico; Q m c. T. Ex: chaleira no fogo (20º a 60ºC) CALOR LATENTE: é aquele em que o corpo muda de estado físico, sem que haja variação de temperatura; Q m. L Ex: chaleira no fogo (100ºC)

39 Equação para ser usada quando o corpo está mudando sua temperatura: Q = m.c. t Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo (em calorias) m = massa do corpo (em gramas) c = calor específico ( em cal/g C) T = variação da temperatura (Tf - Ti) (em graus Celsius)

40 Equação para ser usada quando o corpo está mudando sua temperatura: Q = m.l Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo (em calorias) m = massa do corpo (em gramas) L = calor latente ( em cal/g) Q>0 t>0 calor absorvido Q<0 t<0 calor cedido

41 Calores Latentes de FUSÃO e VAPORIZAÇÃO de algumas substâncias Substância Calor latente de fusão (cal/g) Calor latente de vaporização (cal/g) mercúrio álcool enxofre oxigênio nitrogênio gelo 2,8 2,5 13,2 3,3 6, água

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43 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES Processos de Transmissão de Calor Professor Elder Latosinski

44 TRANSMISSÃO DE CALOR O calor se transfere dos objetos mais quentes para os mais frios. Essa transferência se dá de 3 maneiras: - CONDUÇÃO; - CONVECÇÃO; - IRRADIAÇÃO;

45 CONDUÇÃO A energia passa de molécula para molécula, através do choque entre elas. É mais comum nos sólidos.

46 EXEMPLOS DA CONDUÇÃO - Utensílios domésticos colheres, panelas); - Caminhar nas brasas; - Agasalhos; - Iglus; - Espetos (assando carne);

47 CONDUTORES E ISOLANTES - Existem materiais que são bons condutores de calor (exemplo: metais); - Outros materiais dificultam a transferência do calor, sendo chamados de isolantes térmicos (exemplos: madeira, plástico); Exemplo: tocar em um piso cerâmico e em um carpete;

48 CONVECÇÃO O calor se transfere de uma região para outra. Ocorre principalmente em líquidos e gases. Exemplos: - Geladeira; - Ar condicionado; - Ventos; - Aves; - Asa delta e planador;

49 IRRADIAÇÃO O calor se transfere por meio de ondas eletromagnéticas. Exemplo Sol

50 EXEMPLOS DA IRRADIAÇÃO - Uso de roupas claras no verão; - Aquecedor solar; - Ferro Elétrico; - Lareira; - EFEITO ESTUFA;

51 A GARRAFA TÉRMICA O objetivo de uma garrafa térmica é dificultar a transferência de calor entre o líquido e o meio externo. Ela dificulta de três formas: 1º) Vidro prateado- irradiação; 2º) Vácuo- condução e convecção; 3º) Tampa- convecção;

52 EFEITO ESTUFA O efeito estufa tem uma importância extraordinária para a vida na Terra.

53 EFEITO ESTUFA

54 EFEITO ESTUFA O aumento da poluição está acentuando o efeito estufa. Eis algumas formas de combate a poluição: - Instalação nas fábricas catalisadores que retenham os fumos e os gases; - Utilização de tecnologias alternativas;

55 EFEITO ESTUFA - Aplicação de catalisadores em automóveis; - Obrigatoriedade de inspeções periódicas a veículos; - Substituição de produtos químicos industrias perigosos.

56 EFEITO ESTUFA Preservar o meio ambiente é uma questão de cidadania. Somente cidadãos esclarecidos de seus direitos e deveres poderão ser capazes de criar uma sociedade mais justa e solidária, comprometida com a preservação do meio ambiente.

57 SERÁ ESTE O NOSSO FIM?