Introdução à Calorimetria

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<p>Tópico 01 – Introdução à Calorimetria</p><p>FÍSICA II</p><p>1 – Energia Térmica</p><p>Vimos no capítulo 1 a definição de</p><p>temperatura. Se você lembra bem, a</p><p>temperatura é o grau de agitação das</p><p>partículas que formam um corpo.</p><p>Todas as partículas de um corpo estão</p><p>constante agitação, logo podemos atribuir a</p><p>elas uma energia de agitação, que</p><p>chamaremos de Energia Térmica.</p><p>Definição</p><p>A Energia térmica é o conjunto de todas as</p><p>energias de agitação de todas as partículas</p><p>que formam um corpo.</p><p>2 – Conceito de Calor</p><p>Pense Comigo!</p><p>Imagine que vamos ferver uma bola de aço em</p><p>uma fornalha. E quando essa bola estiver a uma</p><p>temperatura de 90 ℃, coloquemos ela em um</p><p>copo com água gelada a uma temperatura de -</p><p>10℃. O que irá acontecer em seguida?</p><p>Por um determinado período de tempo a</p><p>temperatura da bola de aço irá diminuir, enquanto</p><p>a temperatura da água irá aumentar, isso irá</p><p>acontecer até que a temperatura de ambos fique</p><p>igual, no equilíbrio térmico.</p><p>Sempre que colocamos um corpo “quente”</p><p>próximo a um corpo “frio”, esse fenômeno irá</p><p>acontecer: O corpo quente esfriará, enquanto o</p><p>corpo frio esquentará.</p><p>Para que isso aconteça, o corpo de</p><p>temperatura mais alta fornece certa</p><p>quantidade de energia térmica ao corpo de</p><p>temperatura mais baixa, até que os dois corpos</p><p>entrem em equilíbrio térmico.</p><p>Definição</p><p>O Calor é a energia térmica em trânsito de</p><p>um corpo de maior temperatura para um</p><p>corpo de menor temperatura.</p><p>A transferência irá cessar quando a</p><p>temperatura de ambos os corpos for igual, ou</p><p>seja, quando alcançarem o equilíbrio térmico.</p><p>3 – As Unidades do Calor: Caloria e</p><p>Joule</p><p>Como calor é uma forma de energia sua</p><p>unidade do sistema internacional de unidades</p><p>é o Joule (J), em homenagem ao físico inglês</p><p>James Prescott Joule.</p><p>Outra forma de medir o calor, é através da</p><p>caloria (cal), muito utilizado em alimentos e</p><p>em academias (“perder calorias”). A definição</p><p>de caloria é:</p><p>Definição</p><p>Uma caloria (cal) é a quantidade de calor</p><p>que 1 grama de água pura deve receber,</p><p>para que sua temperatura seja elevada de</p><p>14,5 ℃ para 15,5℃.</p><p>A equivalência entre Joule e Caloria é:</p><p>1 cal = 4,2 J</p><p>Tópico 02 – Processos de Propagação de Calor</p><p>FÍSICA II</p><p>1 – As formas de propagação de Calor</p><p>Já vimos na aula anterior que a energia térmica</p><p>pode mudar de local, indo, espontaneamente,</p><p>do corpo de maior temperatura para um corpo</p><p>de menor temperatura. Essa transferência de</p><p>energia pode ocorrer de três maneiras</p><p>distintas, denominadas: condução, convecção</p><p>e radiação.</p><p>2 – Condução Térmica</p><p>Pense Comigo!</p><p>Luta do século:</p><p>Colher de Madeira vs Colher de Ferro</p><p>Você já cozinhou ou já deve ter visto sua mãe</p><p>cozinhando seu almoço, ou seu jantar. É comum</p><p>entre os cozinheiros mexer a comida usando uma</p><p>grande colher para que o alimento não queima</p><p>devido à alta temperatura no fundo da panela.</p><p>Mas agora, qual colher devemos usar: Ferrou ou</p><p>Madeira?</p><p>Quando usamos a colher de ferro, depois de um</p><p>determinado tempo mexendo a comida dentro da</p><p>panela, dificulta-se manter a colher na mão, já que</p><p>toda a colher se encontra quente. É por isso que</p><p>muitos cozinheiros utilizam colher de madeira ou</p><p>silicone.</p><p>Mas afinal, por que a colher de ferro aqueceu?</p><p>No exemplo citado acima, o calor propaga-se</p><p>através da colher de ferro do ponto onde está</p><p>sendo transferido o calor, do fundo da panela</p><p>até a outra extremidade, onde a mão a segura.</p><p>Esse fenômeno é denominado condução</p><p>térmica.</p><p>Definição</p><p>É o processo de transferência de calor no</p><p>qual a energia térmica passa de partícula</p><p>para partícula por meio material, de</p><p>preferência os sólidos.</p><p>3 – Convecção Térmica</p><p>Pense Comigo!</p><p>Porque o ar-condicionado fica perto do teto?</p><p>Com certeza você já deve ter percebido que o ar</p><p>condicionado da sua sala de aula, ou da sua casa</p><p>fica perto do teto. Isso tem uma explicação física</p><p>bastante interessante.</p><p>O ar condicionado filtra o ar quente, refrigerando-</p><p>o e devolvendo para o ambiente ar frio. Como o ar</p><p>frio é mais pesado (pois as partículas estão mais</p><p>agrupadas) que o ar quente, ele acaba empurrando</p><p>o ar quente para cima. E novamente o ciclo</p><p>começa, onde o ar condicionado filtra o ar quente</p><p>e devolve o ar frio para o ambiente.</p><p>O processo citado acima é chamado de convecção</p><p>Tópico 02 – Processos de Propagação de Calor</p><p>FÍSICA II</p><p>Definição</p><p>Convecção é o processo de propagação de</p><p>calor no qual a energia térmica é transferida</p><p>por camadas através de um fluído. A</p><p>camada mais densa e fria desce e a camada</p><p>menos densa e quente sobe, realizando um</p><p>ciclo.</p><p>Alguns Exemplos de Convecção:</p><p>Geladeiras Antigas</p><p>Nas geladeiras antigas o resfriamento dos</p><p>alimentos é feito por convecção do ar em</p><p>seu interior.</p><p>Os alimentos, vindo de fora da geladeira,</p><p>aquecem o ar no interior da geladeira. Esse ar</p><p>se expande e sobe até o congelador, onde é</p><p>resfriado, e volta a descer. Isso só é possível</p><p>por que o congelador está na parte superior e</p><p>as prateleiras sejam grades vazadas.</p><p>Brisas Marinhas</p><p>No litoral, durante o dia, a brisa (o ventinho)</p><p>sopra do mar para a praia e, à noite, da praia</p><p>para o mar.</p><p>Durante o dia, o ar quente próximo à areia</p><p>sobe, provocando o deslocamento do ar frio</p><p>que se encontra sobre a água (imagem da</p><p>esquerda).</p><p>À noite, a água demora mais para esfriar,</p><p>invertendo o sentido das correntes de</p><p>convecção.</p><p>4 – Radiação Térmica</p><p>Quando nos bronzeamos na praia, ficamos</p><p>expostos às radiações solares. A maior parte</p><p>da energia que recebemos vem do Sol até a</p><p>Terra através de ondas eletromagnéticas, que,</p><p>ao atingirem nosso corpo, são absorvidas e</p><p>transformadas, em grande parte, em energia</p><p>térmica.</p><p>Definição</p><p>A radiação é o processo de propagação de</p><p>calor na forma de ondas eletromagnéticas</p><p>que ao serem absorvidas se transformam em</p><p>energia térmica.</p><p>Tópico 02 – Processos de Propagação de Calor</p><p>FÍSICA II</p><p>Alguns Exemplos de Radiação:</p><p>Garrafa Térmica</p><p>Ao contrário do que muita gente pensa, a</p><p>garrafa de café não foi inventada para manter</p><p>o café quente. O inventor da garrafa térmica</p><p>foi James Dewar, que na verdade queria um</p><p>recipiente para manter a temperatura de</p><p>soluções biológicas. Foi só no século XX.</p><p>A função da garrafa térmica é um dispositivo</p><p>cuja finalidade principal é manter constante,</p><p>por um maior intervalo de tempo, a</p><p>temperatura de seu conteúdo.</p><p>Como funciona o isolamento térmico:</p><p>• as paredes internas são feitas de vidro, que,</p><p>por ser mal condutor térmico, atenua as</p><p>trocas de calor por condução;</p><p>• as paredes internas são duplas, separadas</p><p>por uma região de vácuo, cuja função é</p><p>tentar evitar a condução do calor que passa</p><p>pelas paredes de vidro;</p><p>• vidro de que são feitas as paredes internas</p><p>da garrafa é espelhado para que o calor</p><p>radiante seja refletido, atenuando assim as</p><p>trocas por radiação.</p><p>• para evitar as possíveis trocas de calor por</p><p>convecção, basta fechar a garrafa, pois</p><p>dessa forma as massas fluidas internas não</p><p>conseguem sair do sistema.</p><p>Placas Solares</p><p>Uma das formas de utilizar a radiação</p><p>térmica é transformá-la em energia elétrica,</p><p>por meio das placas solares. E o Brasil é um</p><p>dos países com maior potencial.</p><p>O Brasil recebe anualmente, em média, 1 800</p><p>kWh/𝑚2 de energia proveniente do Sol. Para</p><p>se ter uma ideia disso, a radiação que incide</p><p>em um ano na área do Distrito Federal, onde</p><p>se encontra a cidade de Brasília, equivale a</p><p>mais de 160 usinas de Itaipu.</p><p>Radiações Térmicas</p><p>Certamente, você já ouviu que só se deve</p><p>tomar sol antes das 10h e depois das 16h. Mas</p><p>sabe o porquê?</p><p>A energia do sol atinge a superfície terrestre</p><p>por meio das radiações eletromagnéticas,</p><p>composta pelas chamadas radiações visíveis</p><p>(que formam as cores do arco-íris) e pelas</p><p>radiações infravermelho e ultravioleta, dentre</p><p>outras.</p><p>O ultravioleta é uma radiação altamente</p><p>energética que pode destruir ou causar</p><p>anomalias em células de nossa pele. Por isso, é</p><p>recomendável evitar os horários em que essa</p><p>radiação incide com maior intensidade.</p><p>Tópico 02 – Processos de Propagação de Calor</p><p>FÍSICA II</p><p>A radiação infravermelha é emitida por</p><p>qualquer material em função da temperatura</p><p>em que se apresentam – quanto maior a</p><p>temperatura, maior a quantidade de</p><p>infravermelho irradiada.</p><p>Por isso existem os sensores de infravermelho</p><p>(passivos) que são calibrados de acordo com a</p><p>temperatura do corpo humano e detectam</p><p>qualquer variação da temperatura do</p><p>ambiente devido à variação repentina da</p><p>quantidade de radiação infravermelha emitida</p><p>no local.</p><p>EXEMPLO</p><p>Em cada uma das situações descritas a seguir</p><p>você deve reconhecer o processo de</p><p>transmissão de calor envolvido: condução,</p><p>convecção ou radiação.</p><p>I. As prateleiras de uma geladeira doméstica</p><p>são grades vazadas para facilitar a ida da</p><p>energia térmica até o congelador por_____</p><p>II. O único processo de transmissão de calor</p><p>que pode ocorrer no vácuo é ___________</p><p>III. Numa garrafa térmica, é mantido vácuo</p><p>entre as paredes duplas de vidro para</p><p>evitar que o calor saia ou entre por_______</p><p>ATIVIDADES</p><p>TESTES DE APRENDIZAGEM</p><p>FÍSICA II</p><p>TESTES DE APRENDIZAGEM</p><p>FÍSICA II</p><p>QUESTÕES ENEM</p>