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Transferência de calor e equilíbrio térmico. ; calor específico. Condução do calor.; Mudanças de estado físico e calor latente de transformação.

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1 Transferência de calor e equilíbrio térmico. ; calor específico. Condução do calor.; Mudanças de estado físico e calor latente de transformação.

2 Competência de área 5 – Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos. H18 – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. H19 – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental.

3 H25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção. H26 – Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos. H27 – Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios.

4 É a parte da termologia que estuda os fenômenos decorrentes da transferência dessa forma de energia chamada calor. é a energia em trânsito entre corpos com diferentes temperaturas até que ocorra o equilíbrio térmico. A unidade de medida de calor é o JOULE (J) Outra unidade muito usada nas medidas de troca de calor é a caloria (cal) e podemos relacioná-la com o joule da seguinte maneira: 1cal = 4,18J

5 PROPAGAÇÃO DE CALOR O calor é uma forma de energia que se propaga do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. O processo pode ocorrer por três mecanismos diferentes: condução, convecção e irradiação. CONDUÇÃO Processo que ocorre predominantemente nos sólidos e é caracterizado pela transmissão de energia de molécula para molécula.

6 CONVECÇÃO ocorre exclusivamente nos fluidos com transmissão de matéria. IRRADIAÇÃO Sua transmissão é feita por intermédio de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho.

7 a propagação de calor por irradiação é um processo que pode ocorrer no vácuo e também em meios materiais. a propagação de calor por condução e por convecção, são processos que necessitam de um meio material para ocorrer, ou seja, elas não ocorrem no vácuo.

8 O Efeito Estufa é a forma que a Terra tem para manter sua temperatura constante. A atmosfera é altamente transparente à luz solar, porém cerca de 35% da radiação que recebemos vai ser refletida de novo para o espaço, ficando os outros 65% retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios infravermelhos de gases como o Dióxido de Carbono, Metano, Óxidos de Azoto e Ozônio presentes na atmosfera (totalizando menos de 1% desta), que vão reter esta radiação na Terra, permitindo- nos assistir ao efeito calorífico dos mesmos.

9 É a quantidade de calor que se deve fornecer a 1g de massa da substância em questão para produzir uma elevação de 1ºC na sua temperatura. CALOR ESPECÍFICO O calor específico da água líquida é: c água = 1,0cal/gºC A unidade de medida do calor específico no S.I. é: [J/kg.K]. Mas usamos também a [cal/gºC].

10 correntes de convecção podem ser observadas a beira da praia. A areia se aquece mais rápido do que a água, durante os dias ensolarados, pois possui menor calor específico do que a água. Tal fenômeno ocasiona as correntes de ar da água para a areia. À noite, o sentido das brisas se inverte. CORRENTES DE CONVECÇÃO

11 Calor trocado por uma substância quando ocorre apenas variação de temperatura. CALOR SENSÍVEL(Q s ) Q s = m. c. Δ Ѳ m = massa do sistema c = calor específico da substância Δ Ѳ = variação sofrida pela temperatura

12 Calor trocado por uma substância quando ocorre mudança de estado físico. CALOR LATENTE(Q L ) Q L = m. L Veja por exemplo: L F,gelo = 80cal/g (calor de fusão do gelo) L V,água = 540cal/g (calor de vaporização da água)

13 os dois fenômenos não ocorrem simultaneamente, isto é, ou a substância varia sua temperatura, ou a substância muda de estado físico.

14 Os processos de mudança de fase, para certa pressão constante, ocorrem numa temperatura fixa. Abaixo, mostraremos um esquema dos principais processos de transição de fase, com suas respectivas nomenclaturas :

15 EXEMPLO 01 Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras calor e temperatura de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como algo quente e temperatura mede a quantidade de calor de um corpo. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática. Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?

16 EXEMPLO 01 a)A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo em que estiver fervendo b)Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água. c)A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela d)A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura e)Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de água que está em seu interior com uma temperatura menor que a dele. RESOLUÇÃO: durante a mudança de estado físico a temperatura permanece constante (GABARITO: A)

17 As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o CO2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por ilhas de calor EXEMPLO 02

18 Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e da ilha de calor, espera-se que o consumo de energia elétrica a) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas. b) aumente devido ao bloqueio da luz do sol pelos gases do efeito estufa. c) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias. d) aumente devido à necessidade de refrigeração de indústrias e residências. e) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada. EXEMPLO 02 RESOLUÇÃO: devido ao aquecimento Global, é necessário o gasto com refrigeração. (GABARITO: D)

19 EXEMPLO 03 Um copo de água está à temperatura ambiente de 30°C. Joana coloca cubos de gelo dentro da água.

20 EXEMPLO 03 RESOLUÇÃO: O calor se transfere de um corpo com maior temperatura para outro de menor temperatura. (GABARITO: B) A análise dessa situação permite afirmar que a temperatura da água irá diminuir por que a) o gelo irá transferir frio para a água. b) a água irá transferir calor para o gelo. c) o gelo irá transferir frio para o meio ambiente. d) a água irá transferir calor para o meio ambiente. e) Nada vai acontecer.

21 EXEMPLO 04 Considere dois corpos A e B de mesma massa de substâncias diferentes. Cedendo a mesma quantidade de calor para os dois corpos, a variação de temperatura será maior no corpo:

22 EXEMPLO 04 RESOLUÇÃO: Como a massa é a mesma e a quantidade de calor também, devido a equação de calor sensível Q s = m. c. Δ Ѳ, a variação de temperatura será maior no corpo que tiver o menor calor específico. (GABARITO: E) a) de menor densidade. b) cuja temperatura inicial é maior. c) de menor temperatura inicial. d) de maior capacidade térmica. e) de menor calor específico.

23 EXEMPLO 05 Em um final de semana de verão, com uma leve brisa soprando do mar para a terra, um grupo de jovens estudantes encontrava-se acampado na beira da praia sob forte incidência de raios solares. Lembrando-se de que o calor específico da água é bem maior do que o da terra, os jovens observaram atentamente alguns fenômenos, buscando relacioná-los com explicações e comentários apresentados pelo professor de Ciências numa aula. Foram coletadas as seguintes proposições para os fenômenos observados: I. Durante o dia, a temperatura da terra é maior do que a da água porque o calor específico da terra é maior do que o da água. II. À noite, a temperatura da água é menor do que a da terra porque o calor específico da água é menor que o da terra. III. Após o pôr-do-sol, a terra se resfria mais rapidamente do que a água do mar, porque o calor específico da água é bem maior do que o da terra. IV. Durante o dia, percebia-se na praia, uma brisa soprando do mar para a terra. Uma possível justificativa é porque a massa de ar junto a terra está mais aquecida do que a massa de ar junto ao mar.

24 EXEMPLO 05 Indique a alternativa que apresenta a(s) proposição(ções) correta(s) para os fenômenos observados pelos estudantes: a) I, II, III e IV b) Apenas III e IV c) Apenas II e III d) Apenas I e III e) Apenas I RESOLUÇÃO: O calor específico da água é bem maior que o da terra, por isso a água demora mais para aquecer de manhã e mais para esfriar durante a noite, o que torna falsas as afirmativas I e II e verdadeira a III. Durante o dia a diferença de pressão causada pelo fato de que a massa de ar junto a terra está mais aquecida do que a massa de ar junto ao mar provoca correntes de convecção do mar para a terra. (GABARITO: B)

25 EXEMPLO 06 Um expressivo pólo de ferro-gusa tem se implantado ao longo da ferrovia de Carajás, na região sudeste do Pará, o que ensejou um aumento vertiginoso na produção de carvão, normalmente na utilização de fornos conhecidos como rabos-quentes.Além dos problemas ambientais causados por esses fornos, a questão relativa às condições altamente insalubres e desumanas a que os trabalhadores são submetidos é preocupante. A enorme temperatura a que chegam tais fornos propaga uma grande quantidade de calor para os corpos dos trabalhadores que exercem suas atividades no seu entorno.

26 EXEMPLO 06 RESOLUÇÃO: Um dos grandes causadores do efeito estufa é o CO 2 e a irradiação ocorre através de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho. (GABARITO: B) Com base nas informações referidas no texto ao lado, analise as seguintes afirmações: I. O gás carbônico (CO 2 ) emitido pelos fornos é um dos agentes responsáveis pelo aumento do efeito estufa na atmosfera. II. Nas paredes do forno de argila o calor se propaga pelo processo de convecção. III. O calor que atinge o trabalhador se propaga predominantemente através do processo de radiação. IV. O deslocamento das substâncias responsáveis pelo efeito estufa é consequência da propagação do calor por condução. Estão corretas somente a) I e II b) I e III c) II e III d) III e IV e) II e IV

27 EXEMPLO 07 Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência: - Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. - Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol. - Vento que sopra da terra para o mar durante a noite.

28 EXEMPLO 07 (GABARITO: D) a) convecção - condução - radiação. b) convecção - radiação - condução. c) condução - convecção – radiação. d) condução - radiação - convecção. e) radiação - condução - convecção.

29 EXEMPLO 08 Sabe-se que o calor específico da água é maior que o calor específico da terra e de seus constituintes (rocha, areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas regiões limítrofes entre a terra e o mar:

30 EXEMPLO 08 a) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e, à noite, o vento sopra no sentido oposto. b) o vento sempre sopra sentido terra-mar. c) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e, à noite o vento sopra da mar para a terra. d) o vento sempre sopra do mar para a terra. e) não há vento algum entre a terra e o mar RESOLUÇÃO: devido as correntes de convecção. GABARITO: A


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