Calor e Dilatação Térmica

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Bases Físicas para Engenharia
Prof. Ricardo P. Barbosa
Aula 7
Calor
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Aula 7: Conteúdo programático
	Definir o conceito de calor
	Conhecer e compreender os processos de propagação de calor
	Definir o conceito de dilatação térmica
	Conhecer e compreender a dilatação dos sólidos
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Calor
A energia térmica em transito é chamada de calor.
Esse fluxo é provocado por uma diferença de temperatura.
A unidade no Sistema Internacional (S.I.) é o joule (J). Há uma unidade prática denominada caloria (cal).
1 cal = 4,186 J
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Processos de propagação de calor
A propagação do calor pode ocorrer de três maneiras distintas: condução, convecção e radiação.
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Fluxo de calor
“Espontaneamente, o calor sempre se propaga de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura”.
No Sistema Internacional de unidades:
Unidades usuais:
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Condução
A energia térmica é transmitida de partícula para partícula de um meio.
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Cálculo do fluxo de calor
Considere duas regiões de temperaturas θ1 e θ2 tais que θ2 > θ1, separados por uma superfície de área A e espessura e. 
Lei de Fourier
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Convecção
Processo no qual a energia térmica muda de uma região para outra por meio de transporte de matéria do próprio material aquecido que só ocorre em fluidos e portanto, não acontecendo nos sólidos e no vácuo.
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Radiação
Também chamado de irradiação, é o processo de propagação de energia na forma de ondas eletromagnéticas. Essas ondas, ao serem absorvidas, se transformam em energia térmica.
Diferente dos processos de condução térmica e convecção térmica, a radiação acontece sem a necessidade de existência de um meio material. A propagação é exclusivamente de energia, sob forma de ondas.
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Dilatação térmica dos sólidos
Quando a temperatura de um corpo aumenta, em geral, isso provoca um aumento nas dimensões em suas dimensões chamada de dilatação térmica. Uma diminuição na temperatura de um corpo, em geral, produz uma contração térmica.
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Dilatação linear dos sólidos
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Dilatação superficial dos sólidos
= 2.
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Dilatação volumétrica dos sólidos
= 2.
Bases Físicas para Engenharia
Prof. Ricardo P. Barbosa
Atividades
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1) O SI (Sistema Internacional de unidades) adota como unidade de calor o Joule, pois calor é energia. No entanto, só tem sentido falar em calor como energia em trânsito, ou seja, energia que se transfere de um corpo a outro em decorrência da diferença de temperatura entre eles. 
Assinale a afirmação em que o conceito de calor está empregado corretamente.
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a) A temperatura de um corpo diminui quando ele perde parte do calor que nele estava armazenado
b) A temperatura de um corpo aumenta quando ele acumula calor
c) A temperatura de um corpo diminui quando ele cede calor para o meio ambiente
d) O aumento da temperatura de um corpo é um indicador de que esse corpo armazenou calor
e) Um corpo só pode atingir o zero absoluto se for esvaziado de todo o calor nele contido 
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Resolução
Gabarito: C
A temperatura de um corpo diminui quando ele cede calor para o meio ambiente
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2) No século XVII, uma das interpretações para a natureza do calor considerava-o um fluido imponderável que preenchia os espaços entre os átomos dos corpos quentes. Essa interpretação explicava corretamente alguns fenômenos, porém falhava em outros. Isso motivou a proposição de uma outra interpretação, que teve origem em trabalhos de Mayer, Rumford e Joule, entre outros pesquisadores. Com relação aos conceitos de temperatura, calor e trabalho atualmente aceitos pela Física, avalie as seguintes afirmativas: 
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	Temperatura e calor representam o mesmo conceito físico.
II. Calor e trabalho estão relacionados com transferência de energia. 
III. A temperatura de um gás está relacionada com a energia cinética de agitação de suas moléculas. 
Assinale a alternativa correta. 
	Somente as afirmativas II e III são verdadeiras 
b) Somente a afirmativa I é verdadeira
c) Somente a afirmativa I é verdadeira
d) Somente a afirmativa III é verdadeira 
e) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras 
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Resolução
I. Temperatura e calor representam o mesmo conceito físico. (Falso)
II. Calor e trabalho estão relacionados com transferência de energia. (Verdadeira)
III. A temperatura de um gás está relacionada com a energia cinética de agitação de suas moléculas. (Verdadeira)
Gabarito: A
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3) Numa noite muito fria, você ficou na sala assistindo à televisão. Após algum tempo, foi para a cama e deitou-se debaixo das cobertas (lençol, cobertor e edredom). Você nota que a cama está muito fria, apesar das cobertas, e só depois de algum tempo o local se torna aquecido. Isso ocorre porque:
 
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a) o cobertor e o edredom impedem a entrada do frio que se encontra no meio externo; 
b) o cobertor e o edredom possuem alta condutividade térmica; 
c) o cobertor e o edredom possuem calor entre suas fibras, que, ao ser liberado, aquece a cama; 
d) o cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmicos, que não deixam o calor liberado por seu corpo sair para o meio externo; 
e) sendo o corpo humano um bom absorvedor de frio, após algum tempo não há mais frio debaixo das cobertas. 
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Resolução
O cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmicos, que não deixam o calor liberado por seu corpo sair para o meio externo
Gabarito: D
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4) Um grupo de amigos compra barras de gelo para um churrasco, num dia de calor. Como as barras chegam com algumas horas de antecedência, alguém sugere que sejam envolvidas num grosso cobertor para evitar que derretam demais. Essa sugestão:
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a) é absurda, porque o cobertor vai aquecer o gelo, derretendo-o ainda mais depressa.
b) é absurda, porque o cobertor facilita a troca de calor entre o ambiente e o gelo, fazendo com que ele derreta ainda mais depressa.
c) é inócua, pois o cobertor não fornece nem absorve calor ao gelo, não alterando a rapidez com que o gelo derrete.
d) faz sentido, porque o cobertor facilita a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento.
e) faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento. 
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Resolução
Faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento. 
Gabarito: E
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5) Nas geladeiras domésticas:
 
I) o congelador está colocado na parte superior
II) o ar frio desce, por convecção, resfriando os alimentos
III) as prateleiras não são inteiriças, mas têm a forma de grade, de modo a permitir a convecção do ar no interior da geladeira
IV) deve-se, nos modelos mais antigos, retirar periodicamente o gelo que se forma sobre o congelador para não prejudicar a troca de calor
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Resolução
I) o congelador está colocado na parte superior (V)
II) o ar frio desce, por convecção, resfriando os alimentos (V)
III) as prateleiras não são inteiriças, mas têm a forma de grade, de modo a permitir a convecção do ar no interior da geladeira (V)
IV) deve-se, nos modelos mais antigos, retirar periodicamente o gelo que se forma sobre o congelador para não prejudicar a troca de calor (V)
Gabarito: E
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João precisa abrir um recipiente de conserva cuja tampa está emperrada. O recipiente é de vidro comum, e a tampa é de alumínio. Para facilitar a abertura, sugeriu-se que ele colocasse a tampa próximo da chama do fogão por alguns segundos e, imediatamente após afastar o recipiente da chama, tentasse abri-lo. O procedimento sugerido vai favorecer a separação entre a tampa e o recipiente, facilitando a tarefa de destampá-lo, porque: 
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a) o coeficiente de dilatação térmica do vidro é maior que o do alumínio 
b) o coeficiente de dilatação térmica do alumínio é maior que o do vidro 
c) o calor da chama diminui a pressão interna do líquido da conserva
d) o calor da chama diminui o volume do recipiente
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O coeficiente de dilatação térmica do alumínio é maior que o do vidro 
Resolução
Gabarito: B
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Resumo da aula 7
	Definir o conceito de calor
	Conhecer e compreender os processos depropagação de calor
	Definir o conceito de dilatação térmica
	Conhecer e compreender a dilatação dos sólidos
t
Q
D
=
F
(
)
(
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(
watt
W
s
J
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unidade
Q
unidade
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cal
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A
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1
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-
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