Módulo 4 - Capítulo 8 - Calor e máquinas térmicas

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- As partículas que constituem a matéria se
encontram em constante movimento.
- Como estão em movimento, possuem energia
cinética.
- A vibração das partículas pode ser definida como a
energia térmica do corpo.
- A energia térmica de um corpo pode variar
- Transferência de energia térmica, que passa do fogo para
água.
- Transferência da água para o refrigerador.
- Essa energia térmica que passa de um corpo para outro é
denominada calor.
- A temperatura é uma grandeza relacionada à agitação das partículas de um corpo.
- Quanto maior a agitação, maior a temperatura medida.
- A temperatura dos corpos que tocamos determina as nossas sensações de quente e frio.
- Um corpo parece-nos quente ou frio conforme sua temperatura seja maior ou menor que
a temperatura do nosso corpo.
- A transferência de calor ocorre sempre dor corpo
mais quente para o mais frio.
- Calor flui de um corpo de maior temperatura
para um corpo de menor temperatura.
- Considere um cubo de ferro quente e um copo
de água gelado.
- Ao colocar o cubo dentro da água as
temperaturas igualam-se.
- O fluxo de calor é interrompido e os dois
líquidos encontram-se em equilíbrio térmico.
- A temperatura de um sistema é uma grandeza
física variável.
- O termômetro comum é um dispositivo utilizado
para medir a grandeza temperatura.
- Os termômetros permitem a avaliação da
temperatura do ar, da água, de substâncias e
materiais em geral e do corpo dos animais.
- Corresponde a um conjunto de valores numéricos, em que cada um desses valores está
associado a uma temperatura.
- Para a graduação das escalas foram escolhidos, como pontos fixos, dois fenômenos que
acontecem sempre nas mesmas condições: fusão da água e a ebulição da água.
- São utilizadas três escalas termométricas: escala Celsius, escala Fahrenheit e escala
Kelvin.
C
5
=
K − 273
5
=
F − 32
9
1) A temperatura normal do corpo humano é 36 ºC. Qual é essa temperatura expressa nas
escalas Fahrenheit e Kelvin?
C
5
=
K − 273
5
36
5
=
K − 273
5
36 ∙ 5 = 5 ∙ (𝐾 − 273)
180 = 5K − 1 365
180 + 1 365 = 5K
1545 = 5K
1545
5
= K
309 = K
309 K
C
5
=
F − 32
9
36
5
=
F − 32
9
36 ∙ 9 = 5 ∙ (𝐹 − 32)
324 = 5F − 160
324 + 160 = 5F
484 = 5F
484
5
= F
96,8 = F
96,8 ℉
2) Um médico inglês mede a temperatura de um paciente com suspeita de infecção e obtém
em seu termômetro clínico o valor de 102,2 ºF. Ele tem motivo de preocupação com o
paciente? Justifique.
C
5
=
F − 32
9
C
5
=
102,2 − 32
9
C
5
=
70,2
9
9 ∙ C = 5 ∙ 70,2
9 ∙ C = 351
C =
351
9
C = 39℃
O médico tem motivo de preocupação com o paciente, pois ele está com 
39 ºC, ou seja, está com febre.
3) Numa das regiões mais frias do mundo, o termômetro indica -76 ºF. Qual o valor dessa
temperatura na escala Celsius?
C
5
=
−76 − 32
9
C
5
=
−108
9
9 ∙ C = 5 ∙ −108
9 ∙ C = −540
C = −
540
9
C = −60℃
4) A temperatura de uma doente tomada na escala Fahrenheit é de 104 ºF. Esse doente está
com febre?
C
5
=
F − 32
9
C
5
=
104 − 32
9
C
5
=
72
9
9 ∙ C = 5 ∙ 72
9 ∙ C = 360
C =
360
9
C = 40℃
Portanto, o paciente está com febre alta.
5) Nas lâmpadas de filamento de tungstênio, a temperatura desse filamento atinge o valor
de 2 500 ºC. Qual o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit?
C
5
=
F − 32
9
2 500
5
=
F − 32
9
2 500 ∙ 9 = 5 ∙ (𝐹 − 32)
22 500 = 5F − 160
22 500 + 160 = 5F
22 660 = 5F
22 660
5
= F
4 532 ℉ = F
6) O álcool entra em ebulição a 173,2 ºF. A quantos graus Celsius esse valor corresponde?
C
5
=
F − 32
9
C
5
=
173,2 − 32
9
C
5
=
141,2
9
9 ∙ C = 5 ∙ 141,2
9 ∙ C = 706
C =
706
9
C = 78,4 ℃
7) A quantos Kelvin correspondem 104 ºF?
K − 273
5
=
F − 32
9
K − 273
5
=
104 − 32
9
K − 273
5
=
72
9
9 ∙ (K − 273) = 5 ∙ 72
9K − 2 457 = 360
9K = 360 + 2 457
9K = 2 817
K =
2 817
9
K = 313 K
8) A quantos graus Fahrenheit correspondem 50 ºC?
C
5
=
F − 32
9
50
5
=
F − 32
9
50 ∙ 9 = 5 ∙ (𝐹 − 32)
450 = 5F − 160
450 + 160 = 5F
610 = 5F
610
5
= F
122 ℉ = F
- Fenômeno físico que ocorre com a maioria dos materiais.
- Eles aumentem suas dimensões quando são resfriados.
- Ela pode acontecer com materiais sólidos, líquidos e gasosos.
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100 ºC
0 ºC
212 ºF
32 ºF
373,15 K
273,15 K
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C
5
=
K − 273
5
C
5
=
77 − 273
5
C
5
=
−196
5
5 ∙ C = 5 ∙ −196
5 ∙ C = −980
C =
−980
5
C = −196℃
−196 ℃
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O ponteiro desse aparato se 
deslocará para a direita.
A chama de bico de Bunsen vai aumentar a temperatura do fio metálico
que, por sua vez, vai dilatar, aumentando de volume. Isso empurrará uma
haste que, por sua vez, empurrará o ponteiro para a direita.
- O calor é a energia que se transfere de um corpo para outro por causa da diferença de
temperatura entre eles.
- Esta transferência de energia pode acontecer de três formas:
- Por condução.
- Por convecção.
- Por irradiação.
- Nos sólidos, a principal forma de transmissão do calor é a condução térmica.
- As partículas da região que recebem diretamente a energia externa vibram com maior
intensidade e passam a se chocar com as partículas vizinhas a elas.
- Esses choques fazem com que a energia seja transferida e se propague através do
material.
- A capacidade de conduzir rapidamente o calor varia entre os materiais.
- Os metais são ótimos condutores de calor.
- Lã, vidro, água e ar são exemplos de materiais nos quais o calor se propaga de forma
muito lenta.
- Nos líquidos e nos gases, o valor propaga-se
por convecção.
- Transferência de calor pela matéria em
movimento.
- Ela não pode ocorrer no vácuo.
- Quando nos aproximamos de uma fogueira, sentimos
calor.
- O corpo que emite energia é chamado emissor e o que
recebe energia, receptor.
- A energia que se propaga do emissor ao receptor por
meio do espaço é denominada energia radiante.
- Sol é a fonte de energia radiante para a Terra.
- A energia radiante é transmitida por ondas
eletromagnéticas e não necessita de um meio material
para propagar-se
- No recipiente 1, temos 1 L de água, no recipiente 2, temos 500
mL de água.
- Como o recipiente 2 tem menos água, necessitará de menor
energia (calor) para que a água entre em ebulição.
- Recipiente 1, ao contrário necessitará de mais energia para que a
água entre em ebulição, pois tem mais água.
- A quantidade de calor que passa para um corpo ou substância
pode ser calculada ou determinada por aparelhos denominados
calorímetros.
- Designa-se calorimetria a determinação das quantidades de calor
absorvidas ou desprendidas nos diversos fenômenos.
- Também se usa como unidade de quantidade de calor a caloria (cal).
- Denomina-se caloria (cal) a quantidade de calor necessária para aumentar a
temperatura 1g de água de 14,5 ºC para 15,5 ºC, sob pressão normal.
- No sistema internacional de unidades (S.I.), a unidade quantidade de calor é joule (J).
- 1 cal = 4,186 J.
- 1 Kcal = 1 000 cal.
Substância Calor específico (cal/g ºC)
Mercúrio 0,033
Alumínio 0,219
Cobre 0,093
Chumbo 0,031
Prata 0,056
Ferro 0,119
Gelo 0,550
Água 1,000
Vapor de água 0,480
- Quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de um corpo depende de três fatores:
- Calor específico (C).
- Massa (m).
- Variação de temperatura (t).
- Q = m ∙ c ∙ tf − ti
- Q = m ∙ c ∙ ∆t
1) Consideremos o comportamento de uma esfera de chumbo 100g de massa. Sabemos que
o calor específico do chumbo é 0,03 cal/g ºC. Calcule a quantidade de calor na seguinte
situação:
A) A esfera de chumbo passa de 20 ºC para 90 ºC.
B) A esfera de chumbo passa de 20 ºC para 5 ºC.
Q = m ∙ c ∙ (tf − ti) = 100 ∙ 0,03 ∙ (90 − 20) = 100 ∙ 0,03 ∙ 70 = 210 cal
Q = m ∙ c ∙ (tf − ti) = 100 ∙ 0,03 ∙ (5 − 20) = 100 ∙ 0,03 ∙ −15 = −45 cal
2) Observe a seguinte situação:
20 ºC
70 ºC
A ilustração anterior representa um recipiente fechado, em que foram colocados 250 g de
água. Calcule a quantidade de calor que foi utilizada para causar a variação de temperatura
mostrada no desenho, admitindo que ocalor específico (c) da água é 1 cal/ g ºC.
Q = m ∙ c ∙ (tf − ti)= 250 ∙ 1(70 − 20)= 250 ∙ 1 ∙ 50 = 12 500 cal
3) O ferro tem calor específico igual a 0,11 cal/g ºC. Quantas calorias são necessárias para
elevar a temperatura de 0,5 Kg de ferro em 20 ºC?
Kg Hg Dag g dg cg mg
0 , 5 0 0
Q = m ∙ c ∙ ∆t = 500 ∙ 0,11 ∙ 20= 1 100 cal
4) Um corpo de massa igual a 200 g recebe uma quantidade de calor igual a 500 cal. Em
virtude disso sua temperatura se eleva de 30 ºC para 80 ºC. Qual o calor específico do
corpo?
Q = m ∙ c ∙ (tf − ti)
500 = 200 ∙ c ∙ (80 − 30)
500 = 200 ∙ c ∙ 50
500 = 10 000 ∙ c
500
10 000
= c
0,05 cal/g℃ = c
Como o chá está a uma
temperatura maior do que a
colher, ocorre a transferência de
calor do chá para a colher.
Como a colher está em contato
com o chá, a agitação das
moléculas dele faz que aumente
a agitação das moléculas da
colher.
Página 255
O calor do ar atmosférico da parte
superior do ambiente é transferido
para o aparelho de ar-condicionado.
Assim, a camada superior de ar do
ambiente fica a menor temperatura,
mais densa e desce. Com isso, a
camada de ar da parte inferior sobe,
ocupando lugar da camada com
menor temperatura, formando um
ciclo.
Página 255
A fogueira emite ondas
eletromagnéticas na faixa do
infravermelho, que se propaga e
atinge as carnes. Isso aumenta a
agitação das moléculas das carnes,
aumentando a temperatura delas.
Página 255
Q = m ∙ c ∙ (tf − ti)
Q = 10 ∙ 0,5 ∙ (0 − (−5))
Q = 10 ∙ 0,5 ∙ 5
Q = 25 cal
Q = m ∙ c
Q = 5 ∙ 79,7
Q = 398,5 cal
25 cal
398,5 cal
Página 255
Isso acontece porque o gelo é um mau condutor de calor, dificultando a
troca de calor entre o congelador e o alimento.
Página 256
Sim, pois o excesso de gelo dificulta a troca de calor entre o alimento e o
congelador. Com isso, a geladeira consome mais energia elétrica para
manter o alimento refrigerado.
Página 256
X
Página 256
Podem explicar que não ocorre propagação de calor por condução porque
os corpos não estão em contato. Além disso, pelo fato de não ter ar no
interior da campânula e os corpos estarem isolados entre si, não ocorre a
transferência de calor por convecção.
Página 256
- As máquinas térmicas estão presentes em nosso cotidiano.
- Embora elas sejam baseadas nos mesmos princípios de funcionamento, cada uma delas
apresenta mecanismos diferentes.
Página 266
X
X
O ar contém gás oxigênio, que é necessário para que ocorra a queima do
combustível no interior do cilindro.
Página 266
Página 266
A explosão do combustível que, sob pressão, empurra o pistão no interior do
cilindro.
Página 267
F
V
V
F
F
V
A função do radiador é fazer a troca de calor proveniente do interior da
geladeira para o ambiente externo. Dessa forma, as roupas sobre o radiador
dificultam essa troca de calor, prejudicando o desempenho da geladeira.
A função do radiador é fazer a troca de calor proveniente do interior da
geladeira para o ambiente externo. Dessa forma, as roupas sobre o radiador
dificultam essa troca de calor, aumentando o consumo de energia elétrica e a
demanda de energia nas usinas, o que traz prejuízos para o ambiente durante
a geração.
Página 267
Página 268
Página 268
Calor
Temperatura
Celsius Fahrenheit Kelvin
Página 268
Dilatação térmica
aumento
Contração térmica
diminuição
Página 269
calor latente
constante
calor específico
Página 269
Condução térmica
Convecção térmica
temperatura
Irradiação térmica
Ondas eletromagnéticas
mecânica
Página 271
Página 271
A diferença na qualidade da água do Tietê varia ao longo de seu trajeto em
razão, principalmente, dos resíduos industriais e do esgoto doméstico
lançados direta ou indiretamente no rio, ao longo de seu curso.
O esgoto deve ser coletado e enviado às estações de tratamento, para adquira
condições adequadas e, então, seja liberado no ambiente. Já os resíduos
sólidos devem ser separados adequadamente, coletados e destinados a
aterros sanitários ou a empresas de reciclagem.
Página 272
vírus
Aedes
barbeiro
utilizar repelentes
transmissível
não transmissível
transmissível
não transmissível
As imagens A e C apresentam atitudes que ajudam na prevenção de doenças
transmissíveis e a imagem B, na prevenção de doenças não transmissíveis.
Página 272
Página 272
Esquistossomose, febre tifoide, amebíase, cólera, entre outras.
Página 273
C
5
=
K − 273
5
50
5
=
K − 273
5
50 ∙ 5 = 5 ∙ (𝐾 − 273)
250 = 5𝐾 − 1 365
250 + 1 365 = 5𝐾
1 615 = 5𝐾
1 615
5
= 𝐾
323 = 𝐾
C
5
=
F − 32
9
50
5
=
F − 32
9
50 ∙ 9 = 5 ∙ (𝐹 − 32)
450 = 5F − 160
610 = 5F
610
5
= F
122 ℉ = F
Página 273
Página 273
X seu calor específico é menor que o da água
Página 273
X
X
Ocorrem trocas de calor entre nosso corpo e
o ambiente em que ele se encontra. Como o
corpo está a uma temperatura mais elevada
que a do ambiente, ele cede calor para o ar
atmosférico, principalmente por meio da
condução e da convecção.
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Página 274
É incorreto afirmar que as blusas aquecem nosso corpo, pois o tecido delas
não gera calor, apenas dificulta a troca de calor e o ambiente, ou seja, nosso
corpo cede menor quantidade de calor para o ambiente, mantendo-se
aquecido.
Página 274
O azulejo não estava a uma temperatura mais baixa, pois a toalha, o tapete e
o azulejo estavam no mesmo ambiente, e, por isso, à mesma temperatura.
Página 274
Não devemos confiar no tato para aferir uma temperatura, pois nossa
sensação térmica varia conforme a temperatura corporal, que pode oscilar
em razão do fluxo cardíaco, da temperatura do ambiente, entre outros
fatores.