Física Térmica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
Oficina : Física Térmica
Prof. Nelson Luiz Reyes
Marques
1- temperatura
A temperatura é uma grandeza primitiva, não podendo,
por isso, ser definida.
São as sensações táteis de “quente” e de “frio” que
nos transmitem a primeira noção de temperatura.
Termoscópios e termômetros
Termoscópio qualquer instrumento que permita verificar se a
temperatura está ou não variando.
Termômetro é um instrumento destinado a medir a
temperatura.
Termômetro de álcool.
2- Calor
Calor é uma forma de energia transferida de um
corpo para outro devido, exclusivamente, a uma diferença
de temperatura.
Provocação 1- Quanto maior a temperatura de um corpo,
mais calor ele possui?
Provocação 2- Pode-se dizer que a temperatura é a medida
da quantidade de calor de um corpo?
Provocação 3- Para aumentar a temperatura de um corpo
ele deve obrigatoriamente receber calor ?
Provocação 4 - Sempre que um corpo recebe calor a sua
temperatura aumenta?
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
ILHAS DE CALOR
“..... Nesses locais, há um acúmulo de calor devido ao sol, aos
motores e ao calor de aparelhos elétricos .” LIVRO: Ciências 4 – pág 17 –
Paulo Cunha e Suely Raimondi – Atual Editora
“Por outro lado, parte do calor produzido rente ao solo é
aprisionado pelas nuvens, que funcionam como uma tampa
de panela.”
LIVRO: Ciências 4 – pág 32 – Paulo Cunha e Suely Raimondi – Atual Editora
“O calor da terra.”
LIVRO: Ciências 4 – pág 118 – Francisco Azevedo de Arruda Sampaio e Alaoma
Fernandes de Carvalho – Editora: IBEP
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
“ Quando um corpo ganha calor, ele esquenta; quando
perde calor , esfria”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ O calor pode ser produzido por meio de aparelhos
elétricos ......”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ Nos também podemos produzir calor esfregando as
mãos uma na outra , sentimos as mãos aquecermos. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ Há corpos que se aquecem com mais rapidez e, por isso
conduzem (transmitem) o calor com facilidade. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
3 - Processos de propagação do calor
Condução térmica
Condução térmica é um processo de transporte de energia, sem
transporte de matéria, que ocorre de maneira mais eficiente nos
materiais sólidos.
Provocação 5- O que significa dizer “estou com frio”?
Provocação 6- Por que a lã é muito usada nos dias frios?
Provocação 7- Em um mesmo ambiente de temperatura uniforme,
você toca um pedaço de madeira e uma peça de metal. Como você
explica o fato da peça metálica parecer mais fria?
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
“..., você usa um cobertor para se aquecer.”
LIVRO: Ciências 4 – pág 73 – Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles – Editora: IBEP
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
“ Há corpos que se aquecem com mais rapidez e, por isso
conduzem (transmitem) o calor com facilidade. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ Há outros corpos que demoram mais para se aquecer,
por isso conduzem o calor com mais dificuldade. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ 3. a) O alumínio e o ferro são bons condutores porque se
aquecem com rapidez. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
“ 3. b) A madeira e o plastico são maus condutores porque
demoram mais para se aquecer. ”
Autores: Maria teresa, Maria do carmo, Maria Elisabete e Armando Coelho. 4º Série – Ed Scipione
Comentários importantes:
1º) As panelas usadas em uma cozinha devem ser feitas de metal,
para que a energia térmica se propague rapidamente. Mas seus
cabos, geralmente, são feitos de madeira ou de plástico, maus
condutores de calor, a fim de dificultar a chegada do calor até a mão
de quem segura o utensílio.
2º) As panelas de aço inox com fundo triplo, são feitas com duas
camadas de aço inox, envolvendo uma camada de alumínio, que
por se melhor condutor que o aço inox, distribui o calor da chama de
maneira mais uniforme, facilitando o cozimento dos alimentos. Se o
alumínio for substituído por cobre, o aquecimento ainda é mais
homogêneo e rápido em toda sua superfície interna.
Convecção térmica
Convecção térmica é um processo de transporte de energia,
juntamente com o transporte de matéria, devido a uma diferença
de densidade e a ação gravitacional.
Comentários importantes:
1º) Em um refrigerador ocorre a formação de correntes de
convecção.
ERRO CONCEITUAL
Guia do estudante Enem 2011 - Geografia
Inversão térmica.
Arranjo Experimental.
 Pega-se uma garrafa de plástico de refrigerante, com dois
orifícios. Introduzimos uma rolo de papel num dos orifícios.
Coloca-se fogo na extremidade externa do papel e observa-se a
fumaça...
Como podemos explicar??
“A atmosfera, sendo poluída, retém mais calor da terra, ....”
LIVRO: Ciências 4 – pág 75 – Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles – Editora: IBEP
Irradiação térmica
Irradiação térmica é o processo de transferência de calor através
de ondas eletromagnéticas, chamadas ondas de calor ou calor
radiante.
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
O esquema abaixo representa corretamente um aquecedor solar?
LIVRO: Ciências 4 – pág 108 – Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles – Editora: IBEP
Estufas são recintos fechados com paredes e teto de vidro (ou
plástico transparente), utilizadas, principalmente em países de
inverno rigorosos, para cultivar verduras, legumes e flores.
5º) A atmosfera da terra também provoca o efeito estufa
http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarTema.php?idTema=7&alterarIdioma=sim&novoIdioma=pt
Troposfera
Ela vai do nível do mar até 12 km de altura. É nesta camada que ocorrem
os fenômenos climáticos (chuvas, formação de nuvens, relâmpagos).
É também na troposfera que ocorre a poluição do ar. Os aviões de
transporte de cargas e passageiros voam nesta camada.
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
O esquema abaixo representa corretamente a atmosfera da terra?
LIVRO: Ciências 4 – pág 74 – Samuel Ramos Lago e Erica Meirelles – Editora: IBEP
http://professoradegeografia.blogspot.com/2008/09/atmosfera-atmosfera.html
ERROS CONCEITUAIS NOS LIVROS DIDÁTICOS
Experimento proposto na página 71 do livro a Infância Feliz –
4º série
Autores: Aline Viana, Maria José Jordão e Sergio Escarlate
Editora: Escala Educacional
Arranje uma colher de madeira, uma de plástico e outra de
alumínio ou aço inoxidável. Coloque-as ao sol.
1. As colheres se aquecem igualmente? Não
2. Qual delas se aquece mais? A de metal
Você concorda com as respostas apresentadas pelos autores?
A cor não importa? ....
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU EDUCAÇÃO
PARA A CIÊNCIA E O ENSINO DE MATEMÁTICA
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS DE ALUNOS DA 8ª SÉRIE DO
ENSINO FUNDAMENTAL SOBRE O FENÔMENO DO EFEITO
ESTUFA
ANA CRISTINA LEANDRO DA SILVA LIBANORE
Maringá
2007
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Educação
para a Ciência e o Ensino de Matemática da Universidade Estadual de Maringá como
requisito parcial para a obtenção do título de Mestre.
Orientadora: Profª. Dra. Ana Tiyomi Obara.
4. Efeito Estufa
O efeito estufa é um fenômeno atmosférico natural, ou
seja, existe na natureza, é independente da ação do
homem e das atividades que o homem realiza em
interação com o meio ambiente. Ele acontece porque
alguns gases que compõem a atmosfera funcionam
como um vidro de uma estufa, que deixa passar a luz
solar para seu interior, mas aprisiona o calor gerado
dentro da estufa.
O texto contém algum erro conceitual?
Efeito Estufa
Molion (1995, p. 2) define esse acontecimento da
seguinte maneira:
A atmosfera terrestre é constituída de gases que
permitem a passagem da radiação do sol e absorvem
grande parte do calor (a radiação infravermelha térmica)
emitido pela superfície aquecida da Terra. Essa
propriedade é conhecida como efeito estufa.
O texto contém algum erro conceitual?
As concepções alternativas sobre o efeito
estufa
O efeito estufa é causado por gases produzidos pela
geladeira, pela fabricação de isopor, pelas fumaças das
fábricas e dos carros, e o gás que mais destrói é um gás
chamado CFC, que além de destruir a camada de ozônio,
ele aprisiona os raios do sol. (E-1)
Efeito estufa é a degradação do meio ambiente e que
acaba muito com a camada de ozônio. Ocorre com a
poluição e nós poluímos o meio ambiente a toda hora até
quando jogamos um papel de bala no chão nós
poluímos.(E-2)
As concepções alternativas sobre o efeito
estufa
O efeito estufa é conhecido também como aquecimento
global, é causado pela emissão de gases poluentes e
resíduos que destroem a camada de ozônio. (E-3)
O efeito estufa é causado pelos lixos, fumaça das
fábricas, gás da geladeira e o CFC. Esses produtos e
fumaças fazem buracos na camada de ozônio e isso é
muito ruim. (E- 5)
O efeito estufa ocorre quando a poluição quebra a
camada de ozônio deixando os raios ultravioletas
entrarem. (E-13)
As concepções alternativas sobre o efeito
estufa
O efeito estufa está existente a partir do início da
industrialização, quando as indústrias lançaram fumaças
a partir da produção na atmosfera. (E-6)
Como é causado o efeito estufa: pelo desenvolvimento
tecnológico e com a tecnologia, a criação de máquinas,
indústrias, carros, tudo isso polui e hoje a maior poluição
é a destruição da camada de ozônio além da degradação
da natureza. (E-33)
As concepções alternativas sobre o efeito
estufa
O efeito estufa pode ocasionar várias secas, prejudicando,
assim, as produções agrícolas e doenças como o câncer
de pele. (E-32)
As implicações de efeito estufa são muito graves para a
vida do ecossistema e da vida humana no planeta Terra,
pois querendo ou não as pessoas vão se prejudicar,
gerando doenças como câncer de pele e etc. (E-12)
Medidas já foram tomadas para conter o efeito estufa
como o Tratado de Kyoto, porém não alteraram a
realidade, ou seja, não deu certo. (E-6)
Professora de Ciências
O que você entende por “efeito estufa”?
Seria um aquecimento global da Terra com o
aprisionamento da temperatura na atmosfera.
(PC)
Professora de Geografia
Sim, já trabalhei, é nas 5ª séries, apesar de trabalhar em
todas as séries, sempre estar comentando sobre esse
fenômeno causado pelos gases que o homem emite na
camada de ozônio. (PG)
Então, é justamente isso; então, tentar fazer com que
eles relacionem algo que está sendo gerado pelo
homem que é o efeito estufa por causa dos gases e
que está afetando diretamente a nossa vida e sempre
trabalhar algo que é mais concreto para eles, algo que
eles entendam.(PG)
Professora de Geografia
Inclusive, e aí, a gente pode puxar pra questão do
câncer de pele, da proteção que nos devemos ter em
questão ao sol, os horários, porque que eles assistem
na televisão, porque das 10 às 4 horas da tarde a gente
tem que se prevenir passar um filtro solar. (PG)
5. Dilatação dos sólidos
Podemos observar, em
várias situações cotidianas, os
efeitos da dilatação e da
contração que ocorrem devido
às variações na temperatura.
Os cabos de aço da ponte “Golden Gate” de São Francisco (EUA)
ficam até 1,50 metros mais abaixo, no meio da ponte, no verão do
que no inverno, devido à dilatação.
Existem algumas situações em que é
necessário o uso de materiais com a
mesma taxa de dilatação, como por
exemplo, o engenheiro usa barras de ferro
de reforço que possuem a mesma taxa de
dilatação que o concreto e o dentista utiliza
na restauração um material com a mesma
taxa de dilatação que o esmalte dos dentes.
Amálgama prateado
A dilatação pode ser útil. Quando se quer afrouxar a tampa
metálica de um vidro, podemos mergulhá-los em água quente.
A tampa de metal dilata-se mais que o vidro e fica um pouco
mais frouxa.
Dilatação linear
Dilatação (L) = coeficiente de dilatação () X
comprimento inicial (L0) X aumento de temperatura (T).
L   .L0 .T
L  L0 1   .T 
Dilatação superficial e volumétrica
A figura representa o termostato de um ferro elétrico
que funciona com uma lâmina bimetálica de latão e invar (liga
metálica composta de ferro e níquel), cujo coeficiente de
dilatação é menor do que o coeficiente do latão.
6- Calor e energia interna
James P Joule confirmou, experimentalmente, que
calor é uma forma de energia. Joule realizou diversos
experimentos na busca do equivalente mecânico do calor.
Por volta de 1840, inventou um recipiente com água,
isolado termicamente, no qual colocou um sistema de pás
que podiam agitar a água
Atualmente, considera-se que, quando a
temperatura de um corpo é aumentada, a energia que
ele possui em seu interior, a energia interna, também
aumenta. Se o corpo é colocado em contato com outro,
de temperatura mais baixa, haverá transferência de
energia do primeiro para o segundo e essa energia é
denominada calor. Portanto, o conceito é o seguinte:
Calor é uma forma de energia transferida de
um corpo para outro devido, exclusivamente, a uma
diferença de temperatura.
A energia interna de um sistema resulta das
energias cinéticas e potenciais de todas as partículas que
o constituem. Podemos ter corpos com as mesmas
temperaturas e diferentes energias internas. A energia
interna depende da quantidade de matéria que constitui o
sistema. Se tivermos 3 litros de água a 80 ºC e os
dividirmos por dois recipientes, um com um litro e outro
com dois litros, a água terá a mesma temperatura nos
dois recipientes, mas a energia interna no recipiente com
dois litros será o dobro da do outro recipiente, pois tem
duas vezes mais água.
Provocação 5- Qual(is) a(s) condição(ões) para se
admitir a existência de calor?
Provocação 6- Para aumentar a temperatura de um
corpo ele deve obrigatoriamente receber calor ?
Capacidade Térmica e Calor Específico
A capacidade térmica de um corpo está relacionada com
a quantidade de energia na forma de calor que ele é capaz
de absorver ou ceder.
O calor específico esta relacionado com a capacidade
de uma substância absorver energia na forma de calor. O
calor específico é definido como a quantidade de calor por
unidade de massa necessária para elevar ou baixar de 1 ºC a
temperatura de uma substância.
- entre as substâncias de uso comum, a água é a substância
que apresenta o maior calor específico.
- essa propriedade da água de absorver e liberar grandes
quantidades de calor sem que a sua temperatura sofra grandes
variações é importante para o clima da terra, que é moderado
pela temperatura relativamente estável dos oceanos.
2º) No litoral, durante o dia, o ar próximo à superfície da Terra
se aquece mais rapidamente do que o ar próximo à superfície do
mar. Assim, o ar que está sobre a areia sobe e, abre um espaço,
que é rapidamente ocupado pelo ar mais frio, aquele que está
sobre o mar. Forma-se assim uma corrente de ar que chamamos
de brisa marítima, pois sopra do mar para a terra.
Depois que o Sol se põe, a água e a areia deixam de receber
calor e começam a esfriar. Mas a areia esfria rapidamente, e a
água do mar demora a esfriar. O ar que está sobre o mar fica
mais quente do que o ar que está sobre a areia. Mais aquecido,
fica menos denso e sobe. Assim, o ar que está sobre a areia se
desloca em direção ao mar: é a brisa terrestre.
Calor Latente
A quantidade de energia, na forma de calor, necessária para
transformar uma unidade de massa de uma substância na fase sólida
para a líquida é chamada calor latente de fusão.
Para a água, o calor latente de fusão vale 80 cal/g, ou seja, são
necessárias 80 calorias para fundir cada grama de gelo.
Para a água, o calor latente de vaporização vale 540 cal/g, ou seja,
são necessárias 540 calorias para vaporizar cada grama de água.
Provocação 7- Sempre que um corpo recebe calor a
sua temperatura aumenta?
7. Mudanças de Fase
Transformação
Mudança de
fase
Sólido  Líquido
Fusão
Líquido  Sólido
Solidificação
Líquido  Gasoso
Vaporização
Gasoso  Líquido
Condensação
Sólido  Gasoso
Sublimação
Gasoso  Sólido
Sublimação
(inversa)
Temperatura que se
Observa Transformaçã
processa a mudança
ções
o
de fase
Temperatura de fusão
TF = TS
Endotérmica
(TF)
Temperatura de
TS = TF
Exotérmica
solidificação (TS)
Temperatura de
TV = TC
Endotérmica
vaporização (TV)
Temperatura de
TC = TV
Exotérmica
condensação (TC)
Temperatura de
TS =TSI
Endotérmica
sublimação (TS)
Temperatura de
TSI =TS
Exotérmica
sublimação inversa (TSI)
Orvalho - Condensação na forma de pequenas
gotas de água que se formam na grama e em
outros objetos pequenos perto do chão,
geralmente durante a noite, quando a
temperatura cai até o ponto de condensação.
Ponto de Orvalho: Temperatura necessária para que a umidade
existente no ar se converta em orvalho.
Geada - Depósito de gelo cristalino, em forma
de agulhas, prismas, escamas, etc., resultante
da sublimação do vapor de água do ar (ou pelo
congelamento do orvalho ou ainda pelo
esfriamento produzido pela evaporação da
água ), sobre a superfície do solo, das plantas e
dos objetos expostos ao ar.