BF T2 Energia b LS 17 18

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2. Energia 
ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 1 
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2. Energia 
 Difusão 
 Movimento térmico 
 Calor e Aquecimento 
Energia, massa e sua conservação 
Transferências de energia 
2. Energia 
 
 ENERGIA 
 
◦ conceito unificador 
 
◦ permite tratar de forma semelhante fenómenos de diversas índoles, que se 
 dão a escalas muito diferentes 
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ENERGIA potencial 
 
ENERGIA cinética 
 
TRANSFORMAÇÃO 
2.1 Energia, massa e sua conservação. 
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A energia de um sistema traduz a capacidade desse sistema, 
interagindo com o seu ambiente, produzir trabalho ou transferir calor. 
Trabalho e calor são, por assim dizer, energia em trânsito. 
energia em 
trânsito 
sai dum sistema, 
entra noutro 
TRANSFERÊNCIA 
Há a firme convicção de que, qualquer que seja a forma de energia, e quaisquer 
que sejam as transformações operadas, a energia conserva-se sempre. 
Quer dizer: se somarmos toda energia num determinado sistema antes de um 
acontecimento (ou fenómeno) e depois somarmos todos as parcelas depois do 
fenómeno, teremos sempre a mesma quantidade de energia. 
2.1 Energia, massa e sua conservação. 
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Exemplo: energia mecânica, bola saltitante 
• Transformação 
• Transferência 
• Dissipação 
2.1 Energia, massa e sua conservação. 
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ENERGIA INTERNA DO TIPO POTENCIAL 
• mede-se por deformações e variações de volume 
• pode ser convertida em energia cinética externa 
– energia cinética externa 
 
ENERGIA INTERNA DO TIPO CINÉTICO 
• corresponde a movimentos desordenados 
dentro dos sistemas (agitação molecular) 
• não é convertível em energia cinética externa. 
 – movimento térmicos internos 
2.1 Energia, massa e sua conservação. 
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Quando o sistema não é isolado, a sua energia não se conserva, sendo 
 transferida para o ambiente por calor ou por trabalho. 
 
Há perda de energia no que diz respeito ao sistema, mas não no universo 
 (sistema + ambiente). 
No universo, a energia não se perde, transforma-se ou transfere-se. 
Sistema aberto: não há conservação nem 
 de massa nem de energia 
 
Sistema fechado: não há conservação de 
 energia, só de massa. 
 
Sistema isolado: há conservação de energia 
 e de massa 
2.2 Transferências de energia 
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Como já sabemos, a energia pode ser transferida de um sistema para outro por 
outro processo: a realização de trabalho. 
O trabalho pode ser positivo ou negativo: 
O trabalho da força de atrito é negativo. 
 
O trabalho W realizado por 
uma força constante 
(constante em intensidade, 
direcção e sentido) 
é o produto da 
componente da força 
na direcção do movimento 
pelo valor do 
deslocamento: 
2.8 - Questão 
 Defina calor e defina trabalho. 
 
 Escreva duas semelhanças e duas diferenças entre 
calor e trabalho. 
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2.2 Transferências de energia 
A potência média, , é a taxa de realização de trabalho, isto é, 
 
 = Trabalho = Energia transformada 
 tempo que demora a realizá-lo Tempo que demora a transformar 
 
 
 
P
P
A unidade SI de: 
• energia é o joule, J 
• trabalho é o joule, J 
• potência é J/s ou watt, W 
Estes conceitos aplicam-se pois, também , quando a transferência de energia 
acontece por via térmica: calor. 
Energia, calor e trabalho têm a mesma unidade: 
 joule, símbolo J. 
 
Frequentemente é usada outra unidade, a caloria: 
 1 caloria = 4,186 J 
Em nutrição usa-se a quilocaloria: 
 1 kilocaloria = 1000 calorias 
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2.2 Transferências de energia 
Resumindo: 
 
A energia que é transferida de um corpo para outro devido à diferença de 
 temperatura entre eles chama-se calor. 
 
Calor é energia em trânsito. 
 
Quando deixa de estar em trânsito, a energia deixa de ser calor e passa a ser 
 energia interna. 
Um corpo não contém calor: contém energia interna. 
 
A energia interna é o total de todas as energias adentro da substância: 
• Energia potencial relacionada com forças entre átomos e moléculas. 
• Energia cinética devida aos movimentos dos átomos. 
2.2 Transferências de energia 
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Já vimos que quando dois corpos estão a temperaturas diferentes, trocam 
energia de modo que as suas temperaturas tendem a ficar iguais. 
 
Há 3 maneiras de se atingir esta igualização tendencial 
das temperaturas pelo calor: 
• Condução 
• Convecção 
• Radiação 
2.3 Temperatura e calor 
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 Condução - dá-se por choques entre moléculas e/ou entre electrões 
 
• 
•Colher metálica fria dentro de sopa quente: o cabo acaba por ficar quente, apesar 
 de não estar em contacto directo com a sopa! 
• Condução depende da ligação eléctrica da estrutura molecular do condutor 
 
• Sólidos cujas moléculas tenham electrões exteriores pouco ligados conduzem 
 bem o calor (e a electricidade). 
 
• Bons condutores: Ag, Cu, Al, Fe. 
 
• Maus condutores: lã, madeira, palha, papel, cortiça, esferovite, neve. 
 
• Líquidos e gases são em geral maus condutores: ar (e substâncias porosas que 
 contenham cavidades preenchidas com ar) 
2. Temperatura e calor 
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
21 TTkA
t
Q 



Condução Mas...se estão à mesma temperatura?! 
A que taxa é transferido calor de um corpo para outro? 
Seja o vidro de uma janela 
k = 0,84 J/(smºC) 
A = 3,0 m2 
l = 3,2 x10-3 m 
kcal/h 680
kcal/s 0,19 
 J/s790





t
Q
Exemplo 2.9 
k: constante de proporcionalidade, 
 condutividade térmica 
2. Temperatura e calor 
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Convecção 
• Mecanismo predominante em gases e 
líquidos 
• Transmissão do calor por movimento real 
do fluido. 
 21cv TTAk
t
Q



kcv— coef. de convecção 
— mede-se habitualmente em kcal/(m2.h.ºC) ou W/(m2.ºC) 
— depende da velocidade do ar 
2. Temperatura e calor 
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Exemplo 2.10 
Uma pessoa cuja temperatura da pele é 33ºC encontra-se despida, num ambiente cuja a 
temperatura (T∞) é de 25ºC. Sendo a área de pele exposta de 1,36 m2 , determine o 
calor retirado por convecção. 
Portanto, num ambiente com pouca corrente de ar, a convecção não é muito eficaz. 
 
Era preciso que a velocidade do ar fosse 1,5 m/s (5,4 km/h) para que a taxa de 
 arrefecimento fosse de 170 kcal/h. 
A taxa de perda de calor é de 100,8W ou de 86,4kcal/h 
Se não houver vento, kcv é cerca de 6kcal/(m2.h.ºC) ou cerca de 7W/(m2.ºC) 
www.suntherm.pt/site/index.php?pag=cont&menu_ 
www.uponorportugal.pt/slim_prescripcion.htm 
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2. Temperatura e calor 
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 Radiação 
• Ao contrário dos outros dois, não precisa de meio material — a energia pode ser 
 transferida através do vácuo! 
• Ex: a energia do Sol. 
• Qualquer corpo emite e absorve energia. 
• Um bom absorsor é também um bom emissor! 
• Objectos escuros absorvem bem e emitem bem 
• Roupas claras são preferíveis no Verão! 
A que taxa 
é que um corpo 
irradia 
energia?4TAe
t
Q 


e : emissividade 
• varia entre 0 e 1 
 : constante de Stefan-Boltzmann = 5,67x10-8 Wm-2 K-4 
A : área 
T : temperatura absoluta (K) 
2. Temperatura e calor 
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Mas um corpo, além de emitir, também absorve energia! 
Taxa do saldo emissão-absorção: 
 4241 TTAe
t
Q


 
e : é a mesma para emissão e absorção! 
 : constante de Stefan-Boltzmann = 5,67x10-8 Wm-2 K-4 
A : área 
T1 : temperatura absoluta (K) do corpo 
T2 : temperatura absoluta (K) do ambiente 
Exemplo 2.11 
Um atleta despido está sentado num balneário, cujas paredes estão a 15 ºC. 
Estimar a perda de calor por radiação admitindo que a pele está a T = 34ºC e que 
e = 0,70. Supor que a área do corpo que não está em contacto com a cadeira é 
1,5 m2. 
Q/T = (0,70)(5,6710-8 W·m-2·K-4)(1,5m2)[(307K)4-(288K)4] 
= 120 W 
2. Temperatura e calor 
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Perda de calor corporal por radiação 
Uma pessoa em repouso produz naturalmente calor a uma taxa de cerca de 
100 W, portanto menos que a perda por radiação do exemplo anterior. 
Assim, naquelas condições, a T corporal diminui consideravelmente. 
Qual é a resposta do corpo à perda de calor? Aumentar a taxa metabólica! 
E o tremer de frio é mesmo para isso! 
Note-se que, se as paredes e o chão estiverem frios, há sempre perda por 
radiação para eles, mesmo que o ar da sala esteja quente! 
Tem-se mais conforto quando o chão e as paredes estão quentes, 
mas o ar não está tão quente. 
2. Temperatura e calor 
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O termóstato do ser humano encontra-se no cérebro – o hipotálamo. 
 
O corpo humano tem de funcionar a uma temperatura praticamente constante, 
 e, para isso, tem de trocar calor com a vizinhança — por radiação 
 (~50%), evaporação, convecção (~ 25%) ou respiração. 
 
A energia produzida é da ordem de 2400kcal/dia, e a potência é de ~ 1,7kcal/min 
 (120 W) que tem de ser eliminada à mesma taxa. 
Regulação da temperatura corporal 
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2. Energia 
Difusão 
Calor e Aquecimento 
Movimento térmico 
Energia, massa e sua conservação 
Transferências de energia 
Aplicações 
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 Exame não invasivo; 
 Indolor; 
 Não é prejudicial; 
 Permite detectar lesões e problemas que ainda 
 não tinham gerado sintomas; 
 Tem ser realizado sob condições cuidadosamente 
 controladas; 
 
Imagiologia Médica 
 Que radiação? 
 Ionizante e Não Ionizante 
 Ondas 
◦ Mecânicas e Electromagnéticas 
◦ Espectro EM 
◦ Aplicações 
 
Ondas 
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Comprimento de onda é a distância percorrida pela onda durante um período 
Frequência a frequência de onda é o inverso do período. 
Período é o tempo que a onda demora a passar duas vezes consecutivas por 
 pontos equivalentes de vibração 
Velocidade de propagação depende do meio 
Reflexão fenómeno ótico que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície e 
 continua a sua propagação no meio de origem 
Interferência fenómeno típico das ondas. Pode ser observado, por exemplo, 
 num tanque de água quando duas pontas tocam periodicamente e 
 sincronizadas a superfície da água. Como resultado, forma-se na 
 superfície da água um padrão característico, que se denomina de figura 
 de interferência. Ao longo de certas linhas as duas perturbações 
 reforçam-se, ou seja, interferem de modo construtivo. Ao longo de 
 outras linhas, as duas perturbações anulam-se, ou seja, interferem de 
 modo destrutivo. 
Luz e Cor – Qual a diferença? 
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