Calor e Temperatura
Termologia Estuda os fenômenos ligados a calor e temperatura Calor: Energia em trânsito de um corpo para outro devido a diferença de temperaturas entre eles. Temperatura: É uma grandeza que mede o nível de agitação das moléculas que compõem um corpo Moléculas agitadas Temperatura Alta Moléculas pouco agitadas Temperatura Baixa
Equilíbrio térmico: Quando dois ou mais corpos de temperaturas diferentes são colocados em contato, o de maior temperatura transfere calor para os demais até suas temperaturas ficarem iguais (Equilíbrio Térmico).
Condutores e Isolantes Condutor: São materiais em que o calor se propaga com facilidade. Exemplo: alumínio, ouro, etc... (metais em geral) Isolante: São materiais que o calor tem dificuldade em se propagar, ou seja, dificultam a transferência de calor. Exemplo: isopor, borracha, madeira, etc...
Agasalhos - Os Agasalhos são um exemplo de isolante térmico; o ar que fica retido entre suas fibras dificulta a condução de calor. Os pelos dos animais e a serragem também são bons isolantes térmicos porque retêm ar.
Termômetros e escalas termométricas Termômetros são dispositivos utilizados para medir temperatura. Baseia-se em uma substância termométrica e em uma escala termométrica. Substância termométrica: grandeza que varia de acordo com a temperatura. Exemplo: Altura da coluna de um líquido. Escala Termométrica: Conjunto de convenções(medidas arbitrárias) utilizadas para se graduar um termômetro. Normalmente utiliza-se fenômenos conhecidos como o ponto de fusão e de ebulição de uma substância.
Escalas termométricas Escala Celsius( C): Escala utilizada na maioria dos países, inclusive no Brasil Escala Fahrenheit ( F): Escala utilizada em países de língua inglesa. Escala Kelvin ou Escala Absoluta (K): Escala utilizada como padrão em trabalhos científicos. Essa escala não possui valores negativos de temperatura.
Atividade para visto Responder os exercícios do livro didático: Páginas 17, questões: 01 a 08
Processos de transmissão de Calor Definição de Calor: Calor é energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura, sendo sempre transferida do meio mais quente para o meio mais frio. Tipos de Transmissão: é dada de três maneiras por condução, por convecção e por irradiação.
Condução térmica
Condução térmica É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos). Os principais exemplos de condutores térmicos são os metais
Pra pensar... Em um deserto escaldante, o correto é usar um excelente agasalho ou uma camiseta? Em um ambiente qualquer, todos os móveis, o ar, o chão, etc... estão em equilíbrio térmico. Entretanto, se tocarmos em dois objetos distintos, por exemplo, em uma mesa de madeira e no chão de cerâmica, teremos a sensação que eles estão em temperaturas bem diferentes, por quê? Por que os animais, inclusive os seres humanos, se encolhem quando está frio e se esticam quando tempo está quente? Podemos tocar rapidamente em algo aquecido sem se queimar?
Convecção térmica É a propagação de calor com transporte de matéria. Ocorre somente nos fluidos (líquidos e gases) - Água no fogo. A água quente na parte inferior, menos densa, sobe enquanto a água fria na parte superior, mais densa, desce. Esse movimento de água quente em água fria, chamado de corrente de convecção, faz com que a água se aqueça como um todo.
- Ar condicionado. Para facilitar o resfriamento de uma sala, o condicionador de ar deve ser colocado na parte superior da mesma. Assim, o ar frio lançado, mais denso, desce, enquanto o ar quente na parte inferior, menos denso, sobe (corrente de convecção). - Geladeira. Para facilitar o resfriamento da geladeira, o congelador deve ser colocado na parte superior da mesma. Assim, o ar frio próximo ao congelador, mais denso, desce, enquanto o ar quente na parte inferior, menos denso, sobe (corrente de convecção).
-Brisas litorâneas: -De dia, o ar junto à areia se aquece e, por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a água. Assim, forma-se a brisa que sopra do mar para a terra, a brisa marítima. À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.
Atividade para visto Responder os exercícios do livro didático: Páginas 63, questões: 05 a 09
Irradiação térmica: É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). Ocorre inclusive no vácuo.
- A estufa de plantas é feita de vidro, que é transparente à energia radiante do Sol e opaco às ondas de calor emitidas pelos objetos dentro da estufa. Assim, o interior da estufa se mantém a uma temperatura maior do que o exterior.
Na atmosfera terrestre também ocorre o efeito estufa. O gás carbônico (CO2) e os vapores de água presentes no ar funcionam como o vidro: são transparentes à energia radiante que vem do Sol, mas opacos às ondas de calor emitidas pela Terra. Isso já provocou um aumento na temperatura média da Terra de 1 C, e previsões para um aumento de 1,8 C a 4 C para os próximos 50 anos.
Você sabia? Nos desertos as temperaturas variam de aproximadamente 50 C durante o dia à cerca de 50 C durante a noite.
GARRAFA TÉRMICA: A garrafa térmica tem por finalidade evitar as propagações de calor. Ela é constituída por uma ampola de vidro com faces espelhadas (as faces espelhadas evitam a irradiação). A ampola tem parede dupla de vidro com vácuo entre elas (o vácuo evita a condução e a convecção). Externamente, uma camada de plástico protege a ampola.
Efeitos da Transferência de Energia (Calor)
O que acontece quando um corpo recebe ou cede calor? - Variação de temperatura (Calor Sensível) - Mudança de Estado Físico (Calor Latente)
Calor Sensível Variação de Temperatura Todos os objetos, quando recebem a mesma quantidade de energia (calor), sofrem a mesma variação de temperatura? Se submetidos simultaneamente à mesma chama(fonte de energia), 1 litro de água ferverá antes de 2 litros de água ou seja, para a uma mesma quantidade de energia recebida, o recipiente com menor quantidade sofrerá maior variação de temperatura Essa análise nos leva a uma grandeza denominada CAPACIDADE TÉRMICA (C)
Capacidade Térmica A capacidade térmica de um corpo corresponde à quantidade de energia transferida, na forma de calor, necessária para provocar variação de uma unidade de temperatura. - C é uma característica do corpo, não da substância - A capacidade térmica pode ser medida em J/ºC ou cal/ºc A caloria corresponde à quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 14,5ºC para 15,5ºC de 1 g de água. 1 cal = 4,2 J Exemplo: C = 200 cal/ºc para provocar uma variação de temperatura de 1ºC é necessário fornecer ou retirar 200 cal de energia.
Calor Específico (c) Se os valores das capacidades térmicas de duas quantidades de uma substância forem divididos por suas respectivas massas, o valor obtido será o mesmo CALOR ESPECÍFICO DA SUBSTÂNCIA Para a água, por exemplo: c = 1 cal/g. C calor específico da água. (Significa que é necessário fornecer 1 cal de energia, na forma de calor, para que 1 g de água sofra uma elevação de temperatura de 1 ºC.) - O calor específico é uma característica de cada substância em um determinado estado físico ou seja, cada substância tem o seu c. - c = calor específico do material (cal/g.ºc) - C = capacidade térmica (cal/ºc) - m = massa (g)
Substância Calor específico (cal/g.ºc) Água 1 Álcool 0,60 Mercúrio 0,033 Vidro 0,16 Gelo 0,5 Ferro 0,11 Madeira 0,42 Ouro 0,032 Zinco 0,093 Condutor Baixo calor específico Isolante Alto calor específico Por que nos termômetros há mercúrio e não água? Por que água é utilizada na refrigeração de motores de automóveis?
Atividade para visto Responder os exercícios do livro didático: Páginas 62, questões: 23 a 26 Páginas 65, questões: 27 a 34
Cálculo da quantidade de energia transferida na forma de calor - Objeto recebe calor temperatura aumenta Q > 0 - Objeto cede calor temperatura diminui Q < 0 Calor(Q) recebido é positivo Calor cedido(q) é negativo
Calor e conservação da energia Q recebido = - Q cedido Q recebido + Q cedido = 0
Exercícios de Fixação Página 47: Exercícios: 01 ao 12 Obs: O que não for resolvido em sala, fazer em casa. Vale visto!!!
Mudança de Estado Físico - Calor latente Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso. As possíveis mudanças de estado, quando uma substância recebe ou cede calor, estão esquematizadas na figura -Vaporização ou ebulição a 100 ºC -Evaporação Lentamente e a qualquer temperatura -Calefação Instantaneamente
Quando, à pressão constante, uma substância recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta: se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura.
CALOR LATENTE Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura. Matematicamente: L = Q/m Da definição de calor latente resulta sua unidade de medida: cal/g, J/g, KJ/kg, etc. A quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente. Q = m.l
A quantidade de energia liberada em cada grama de água a 0ºC que se transforma em gelo a 0º C chama-se calor latente de solidificação da água e vale 80 cal/g A quantidade de energia recebida por grama de gelo a 0ºC para se transformar em água a 0ºC chama-se calor latente de fusão da água e vale + 80 cal/g
A quantidade de energia necessária para transformar 1 g de água a 100ºC em vapor de água a 100ºC chama-se calor latente de ebulição da água e vale + 540 cal/g. Para que ocorra a condensação, cada grama de água deve ceder 540 cal/g de energia.
Substância P. Fusão(ºC) P. Ebulição(ºC) L f (cal/g) L e (cal/g) Água 0 100 80 540 Álcool -114 78 25 204 Mercúrio -39 357 2,7 70 Ferro 1535 3000 64 1508 Ouro 1063 2966 15 376 Zinco 419 918 24 475 Por que quando saímos da piscina ou do banho sentimos frio? Por que quando sopramos o café ele resfria mais rápido? Por que a roupa no varal seca mais rápido quando há vento?