Capítulo 4 – Calor: energia térmica em trânsito

Capítulo 4 – Calor: energia térmica em
trânsito
Os efeitos do calor sobre os corpos fazem
parte do nosso cotidiano e podem ser
facilmente percebidos. A ideia de que o calor é
uma forma de energia foi estabelecida no final
do século XIX, quando se passou a considerar
o calor como energia térmica em trânsito entre
corpos de diferentes temperaturas.
Capítulo 4 – Calor: energia térmica em
trânsito
Em uma lareira, a energia térmica obtida na
combustão da lenha é transferida ao ambiente,
cuja temperatura é menor que a sua. O calor
propaga-se em todo o ambiente
proporcionando o aumento da temperatura.
Capítulo 4 – Calor: energia térmica em
trânsito
4.1 - Calor: energia térmica em transito
4.2 - Quantidade de calor sensível. Equação
fundamental da calorimetria. Calor
específico
4.3 - Trocas de calor. calorímetro
4.1 – energia térmica em trânsito
Objetivos:
Conceituar calor
• Diferenciar calor sensível e calor
latente.
•
Termos e conceitos:
•
Caloria
4.1 – energia térmica em trânsito
Já vimos que quando dois corpos com
temperaturas diferentes são postos em
contato ou simplesmente próximo,
acontece naturalmente a passagem de
energia térmica de um corpo para outro
corpo.
Calor: é a energia térmica em trânsito
entre corpos a diferentes temperaturas.
4.1 – energia térmica em trânsito
Em algumas situações essa troca de calor
é bem vinda como no caso do
resfriamento do motor a combustão de
um automóvel.
4.1 – energia térmica em trânsito
Em algumas situações essa troca de calor
é bem vinda como no caso do
resfriamento do motor a combustão de
um automóvel.
4.1 – energia térmica em trânsito
Em outras essa troca de calor não é bem
vinda. Como no caso do cafezinho
esfriando rápido em um dia frio!
4.1 – energia térmica em trânsito
Unidades de medida.
Como já vimos anteriormente usaremos
frequentemente, como unidades de
medida:
O Joule e a caloria.
Vale lembrar que:
1 cal = 4,1868 J
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
Observe o esquema abaixo, no qual
representamos graficamente etapas do
processo de aquecimento da água.
Repare que houve mudança de
temperatura e houve também mudança de
estado. Mas cada uma dessas mudanças
ocorre em instantes diferentes.
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
Portanto, quando um corpo recebe calor,
este pode produzir variação de
temperatura ou mudança de estado.
Observe mais uma vez:
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
Quando o efeito produzido é a variação
de temperatura, dizemos que o corpo
recebeu calor sensível.
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
Quando o efeito produzido é a mudança
de estado, dizemos que o corpo recebeu
calor latente.
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
4.1 – energia térmica em trânsito
Calor sensível e Calor latente.
4.2
Objetivos:
Relacionar a quantidade de calor
recebido ou cedido por um corpo com
a variação da temperatura, com a
massa e com o material do qual é feito.
•
•
•
Enunciar a equação fundamental da
Calorimetria.
Conceituar calor específico, capacidade
térmica e equivalente em água de um
corpo.
4.2
Conceitos:
Calor recebido
•
•
Calor cedido
4.2
Pergunta conceitual.
Um corpo é levado ao interior de um forno
que aquece a uma taxa constante de energia
por tempo até 100ºC. O que é preciso para
elevar ainda mais a temperatura de um corpo?
a)
b)
c)
Colocar o corpo mais próximo da fonte
de calor.
Deixar o corpo exposto durante um
tempo menor.
Deixar o corpo mais tempo no forno.
d) Impossível elevar ainda mais a
temperatura.
4.2
Experimentando o calor sensível mais
detalhadamente temos:
•
As quantidades de calor Q recebidas
(ou cedidas) por corpos de mesmo
material e de mesma massa são
diretamente proporcionais às variações
de temperatura ∆𝜃.
4.2
Pergunta conceitual
Em um fogão com uma chama constante,
ou seja, fornece sempre a mesma energia
por unidade de tempo. Quem demora
mais para ferver?
a)
b)
c)
d)
100 g de água
250 g de água
500 g de água
1 kg de água
4.2
Experimentando o calor sensível mais
detalhadamente temos:
•
As quantidades de calor recebidas (ou
cedidas) por corpos de mesmo
material e de massas diferentes,
sujeitos à mesma variação de
temperatura, são diretamente
proporcionais às massas.
4.2
Pergunta conceitual.
Com base na sua experiência de vida
responda. Qual das opções abaixo, se
colocada dentro de uma panela e levada
ao fogo se aqueceria mais lentamente de
oºC até 100ºC?
a)
b)
c)
d)
1 kg de água.
1 kg de metal
1 kg de madeira
1 kg de areia
4.2
Experimentando o calor sensível mais
detalhadamente temos:
As quantidades de calor recebidas (ou
cedidas) por corpos de mesma massa mas
de materiais diferentes, sujeitos à mesma
variação de temperatura, são dependentes
de características desses materiais.
4.2
Experimentando o calor sensível mais
detalhadamente temos:
As quantidades de calor recebidas (ou
cedidas) por um corpo é diretamente
proporcional à sua massa m, à variação de
temperatura ∆𝜃 sofrida pelo corpo e
depende do material que é feito esse
corpo.
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝜃
Equação fundamental da calorimetria.
4.2
Unidades usuais de medida:
Q  calor trocado (cal)
m massa (g)
∆𝜃 variação de temperatura (ºC)
c  calor específico
𝑐𝑎𝑙
𝑔.º𝐶
4.2
Vejamos alguns calores específicos:
Note que a água é uma das substancia
com maior calor específico.
4.2
Capacidade térmica de um corpo.
Define-se que a capacidade térmica (C) de
um corpo como:
𝑄
𝐶=
.
∆𝜃
𝑐𝑎𝑙
º𝐶
Pode ser entendida como a capacidade de
um corpo de receber ou perder calor
para uma dada variação de temperatura.
4.2
Capacidade térmica de um corpo.
Temos ainda:
𝑚. 𝑐. ∆𝜃
𝐶=
∆𝜃
𝐶 = 𝑚. 𝑐
Obs: chama-se equivalente em água de um
corpo a massa de água cuja capacidade
térmica é igual à capacidade térmica do
corpo.
4.2
Questão conceitual.
Observe e reflita sobre as situações
abaixo.
4.2
Questão conceitual.
Tanto as fagulhas quanto as gotículas de óleo possuem
pequeníssima massa, as fagulhas incandescentes apresentam
temperatura superior ao óleo. O que explica a necessidade
de proteção em apenas uma das situações já que são muito
parecidas?
a)
b)
d)
As fagulhas se apagam antes mesmo de encostar na
pele.
As gotículas de óleo possuem baixo calor específico.
c)
As fagulhas possuem alta capacidade térmica.
As gotículas de óleo possuem alta capacidade térmica.
4.1 e 4.2 exercícios propostos.
.
4.1 e 4.2 exercícios propostos.
.
4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.1 e 4.2 exercícios propostos.
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4.3 – Trocas de calor. Calorímetro
Objetivos:
Analisar o funcionamento de um
calorímetro e as trocas de calor entre
corpos em seu interior.
• Enunciar e aplicar o princípio geral das
trocas de calor.
•
Termos e conceitos:
•
calorímetro
4.3 – Trocas de calor. Calorímetro
Questão conceitual.
Se colocarmos dois corpos com diferentes
temperaturas em um ambiente
termicamente isolado, o que podemos
dizer sobre o calor trocado?
O corpo mais quente ganha calor
b) O corpo mais frio perde calor
c) Ambos os corpos perdem calor para
o meio
d) A quantidade de calor perdida em um
corpo é adquirida pelo outro.
a)
4.3 – Trocas de calor. Calorímetro
Se dois ou mais corpos trocam calor
entre si, a soma algébrica das quantidades
de calor trocadas pelos corpos, até o
estabelecimento do equilíbrio térmico, é
nula.
4.3 – Trocas de calor. Calorímetro
Calorímetros: são recipientes especiais
que não permitem a troca de calor com o
meio externo.
Ex: Garrafa térmica.
4.3 – exercícios propostos
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4.3 – exercícios propostos
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4.3 – exercícios propostos
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4.3 – exercícios propostos
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