Calor

• O que é Calor ? Atualmente dizemos que calor é a forma de energia que se transmite de um corpo a outro em razão da diferença de temperatura. Essa energia só é chamada calor enquanto está sendo transferida (energia em trânsito). Depois que ela é absorvida pelo corpo não pode ser chamada de calor. Não é correto falar em calor contido num corpo.

Equilíbrio térmico e calor TA TB TA TB TA > TB TA = TB

Lei zero da termodinâmica Se A está em equilíbrio térmico com B, e A também está em equilíbrio térmico com C, podemos concluir que B está em equilíbrio térmico com C. A B B C A C

Propagação do calor

Propagação do calor O calor se propaga espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro, de menor temperatura. GABOR NEMES/KINO Professor: o gelo está em temperatura menor que o líquido que se deseja esfriar. Quando o gelo é colocado no copo, o líquido “perde” calor para o gelo, e assim se resfria.

Propagação do calor O calor pode ser transportado por: - Condução : transmissão de energia de uma molécula para a outra

Ocorre sem transporte de matéria Verifica-se nos corpos sólidos É devido à colisão de partículas, originando um aumento da energia cinética interna que é transmitida aos corpúsculos vizinhos.

CONDUTIVIDADE TÉRMICA A condutividade térmica : quantifica a habilidade dos materiais de conduzir energia térmica, ou seja, de proporcionar calor. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica.

Aplicações

Aplicações

Página 50 P9) É comum termos sensações diferentes, de quente e frio, quando tocamos com a mão objetos em equilíbrio térmico entre si, dentro de uma sala. Em relação à afirmativa anterior, é correto dizer que É falsa, pois a quantidade de calor trocada entre cada um dos objetos e a mão e diferente já que, nesse caso, os objetos se encontram a temperaturas diferentes. É falsa, pois se um objeto parece mais quente em relação ao outro, então eles não estão em equilíbrio térmico.

C) É verdadeira, pois a quantidade de calor trocada entre cada um dos objetos e a mão pode ser diferente se os dois objetos tiverem condutividade térmica diferentes. D) É verdadeira, pois a quantidade de calor trocada entre cada um dos objetos e a mão é sempre igual se eles estiverem em equilíbrio térmico.

Aplicações Os iglus são construídos com blocos de gelo (isolante térmico), mantendo o ambiente interno mais quente que o externo.

Página 49 P2) Ainda nos dias atuais, povos que vivem no deserto usam roupas de lã branca como parte de seu vestuário para se protegerem do intenso calor, já que a temperatura ambiente pode chegar a 50°C durante o dia. Para nós, brasileiros, que utilizamos a lã principalmente no inverno, a atitude dos povos do deserto pode parecer estranha ou equivocada, contudo ela pode ser explicada pelo fato de que A) A lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas, e a cor branca absorve todas a luz, evitando que ela aqueça ainda mais as pessoas.

B) A lã é naturalmente quente e, num ambiente a 50°C, ela contribui para resfriar um pouco os corpos das pessoas. C) A lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas, e a cor branca reflete toda a luz, diminuindo assim o aquecimento da própria lã. D) A lã é naturalmente quente, e o branco é uma “cor fria”. Esses fatos, combinados, contribuem para o resfriamento dos corpos daquelas pessoas.

Exemplos: Ainda hoje, é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro (moringas ou potes de cerâmica não esmaltada) para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente. Isso ocorre porque O barro isola a água do ambiente, mantendo-a sempre a uma temperatura menor que a dele, como se fosse isopor. O barro tem poder de “gelar” a água pela sua composição química. Na reação, a água perde calor.

C) O barro é poroso, permitindo que a água passe através dele C) O barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e do restante da água, que são assim resfriadas. D) O barro é poroso, permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa. A água de fora sempre está a uma temperatura maior que a de dentro. E) A moringa é uma espécie de geladeira natural, liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente a temperatura da água.

Lei de Fourier Ф = k a ∆t l

P4) A figura I mostra uma barra metálica de secção transversal retangular. Suponha que 10 calorias fluam em regime estacionário através da barra, de um extremo para outro, em 2 minutos. Em seguida, a barra é cortada ao meio no sentido transversal, e dois pedaços são soldados, como representada a figura II. O tempo necessário para que 10 calorias fluam entre os extremos da barra assim formada é 4 minutos 3minutos 2minutos 1minuto O,5 minuto

0ºC 100ºC 100ºC 0ºC

Convecção térmica É o processo de propagação do calor pela movimentação da matéria de uma região a outra.

• Os Líquidos e os gases não são bons condutores de calor • Os Líquidos e os gases não são bons condutores de calor. No entanto, eles podem transmitir calor de modo significativo por um outro processo: a Convecção. Esse processo consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido.

Aplicações

1) Diferentes características das geladeiras contribuem para que sejam mais ou menos eficientes em sua função. Dentre as características apresentadas a seguir, as que mais contribuem para aumentar sua eficiência são Paredes pouco espessas (finas) e congelador na parte superior. Paredes de fibra e vidro(isolante térmico) e prateleiras vazadas.

C) Paredes espessas (grossas) metálicas e prateleiras compactas. D) Paredes de material metálico (bom condutor) e congelador na parte superior. E) Paredes espessas (grossas) de material metálico (bom condutor).

Aplicações

Aplicações Ar condicionado. Para facilitar o resfriamento de uma sala, o condicionador de ar deve ser colocado na parte superior da mesma. Assim, o ar frio lançado, mais denso, desde, enquanto o ar quente na parte inferior, menos denso, sobe (corrente de convecção).

Aquecedor Solar de Água Aplicações Aquecedor Solar de Água

Página 52 E1) o uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.

Y Água quente Camada refletiva Vidraças duplas X Água fria

Nesse sistema de aquecimento Os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. A cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento A água circula devido à variação de energia luminosa existentes entre os pontos X e Y.

D) A camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. E) O vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa.

E3) O resultado da conversão direta de energia solar é uma das várias formas de energia alternativa de que se dispõe. O aquecimento solar é obtido por uma placa escura coberta por vidro, pela qual passa um tubo contendo água.  A água circula, conforme mostra o esquema a seguir.

São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar: I. O reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor. II. A cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa. III. A placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficiência.

Aplicações Nos automóveis outra aplicação prática do processo de convecção: a água quente do motor, por ser menos densa, tende a subir para o radiador, onde esfriará. Voltando ao motor, já mais fria, ela resfriará o motor e se aquecerá num processo ciclíco.

Aplicações Forno elétrico com convecção: Um forno de convecção melhora o forno tradicional ao fazer circular ar aquecido por meio de um ventilador. Cafeteira elétrica

Aplicações A retirada de gases pelas chaminés - os gases aquecidos resultantes da combustão, têm densidade diminuída e sobem, sendo eliminados.

Aplicações BRISA MARÍTIMA

E4) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar. No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar). À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia.

Menor pressão Menor temperatura Maior temperatura

Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para resfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira: O ar está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar. O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia.

C) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente. D) O ar que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental. E) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar.

Irradiação térmica É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). Ocorre inclusive no vácuo. É refletido por superfícies claras ou espelhadas e absorvido por superfícies escuras.

Aplicações

Aplicações O calor luminoso vem acompanhado de luz. Quando uma fonte térmica emite calor, este pode ser luminoso ou obscuro O calor luminoso vem acompanhado de luz. O calor obscuro não é acompanhado de luz.

Aplicações Corpos escuros são melhores absorvedores de calor. Acontecem que eles também são melhores emissores de calor, ou seja, também esfriam mais rápido.

Página 54 E6) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento foram monitoradas as temperaturas das garrafas Enquanto a lâmpada permaneceu acesa e Após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.

A taxa de variação de temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo o experimento, foi Igual no aquecimento e igual no resfriamento Maior no aquecimento e igual no resfriamento Menor no aquecimento e igual no resfriamento Maior no aquecimento e menor no resfriamento Maior no aquecimento e maior no resfriamento.

Termômetro

Página 48 F1) Profissionais da área da saúde recomendam o uso de roupas claras para a prática de exercícios físicos, como caminhar ou correr, principalmente no verão. A preferência por roupas claras se deve ao fato de que elas A) Absorvem menos radiação térmica do que as roupas escuras B) Refletem menos a radiação térmica do que as roupas escuras. C) Absorvem mais a radiação térmica do que as roupas escuras

D) Impedem a formação de correntes de convecção com maior facilidade do que as roupas escuras. E) Favorecem a condução do calor por apresentarem maior condutibilidade térmica do que as roupas escuras.

Aplicação A Estufa

Aplicação O efeito estufa

P12) O efeito estufa, processo natural de aquecimento da atmosfera, é essencial para a excelência de vida na Terra. Em tal processo, ma parcela da radiação solar refletida e da radiação térmica emitida pela superfície terrestre interage com determinados gases presentes na atmosfera, aquecendo-a. O principal mecanismo físico responsável pelo aquecimento da atmosfera devido à ação do efeito estufa resulta da

Absorção, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação ultravioleta recebida pela Terra. Reflexão, por certos gases da atmosfera, da radiação visível emitida pela Terra. Reflexão, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação infravermelha proveniente da superfície da Terra. Reflexão, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação de micro-ondas recebida pela Terra.

Aplicação GARRAFA TÉRMICA

Infravermelho Ao contrário da luz visível, no mundo infravermelho, todos os materiais com uma temperatura acima de zero absoluto emitem calor. Mesmo os objetos muito frios, como cubos de gelo, emitem luz infravermelha. Faz parte do espectro eletromagnético e é percebida pela pele como sensação de calor. Termografia

com câmeras ou lentes de infravermelho qualquer ser que emita calor pode ser localizado, mesmo que não haja luz no local que ele se encontra. registro em filme do calor deixado no chão por um cadáver, logo após um crime, por meio de infra-vermelhos.

Lâmpadas incandescentes: a luz visível emitida por este tipo de lâmpada resulta do aquecimento dos seus filamentos de tugstênio. A maior parte da energia resultante deste processo encontra-se na faixa do infravermelho. A quantidade de radiação ultravioleta produzida é desprezível e completamente absorvida pelo bulbo da lâmpada que é de vidro.

Lâmpadas fluorescentes: neste tipo de lâmpada, uma descarga elétrica é gerada e conduzida através de um gás ou uma mistura de gases (habitualmente mercúrio e argônio) causando a sua ionização e consequentemente a produção de radiação ultravioleta Apesar de fraca, se próxima e persistente, é prejudicial sim. Ideal usar distante e com um vidro de proteção. Sol tem uma intensidade ultravioleta 25 vezes maior.

Outra fonte de radiação ultravioleta dos tipos A e B são as câmaras de bronzeamento artificial, sendo que as quantidades de UVA dessas máquinas são maiores do que aquelas que chegam à Terra, provenientes do Sol.

Ex:Nossa pele possui células que reagem à incidência de luz ultravioleta e produzem uma substância chamada melanina, responsável pela pigmentação da pele. Pensando em se bronzear, uma garota vestiu um biquíni, acendeu a luz de seu quarto e deitou-se exatamente abaixo da lâmpada incandescente. Após várias horas ela percebeu que não conseguiu resultado algum. O bronzeamento não ocorreu porque a luz emitida pela lâmpada incandescente é de A) baixa intensidade. B) baixa frequência. C) um espectro contínuo. D) amplitude inadequada. E) curto comprimento de onda

O esquema abaixo apresenta o espectro eletromagnético De acordo com o esquema, a luz visível emitida pela lâmpada é de frequência menor que a luz ultravioleta.

Conclusão Na natureza, os três tipos de transferência de calor, condução, convecção e radiação estão presentes em toda parte. Pense no calor gerado pelo seu corpo. Este calor é transmitido por condução pelos dentes e ossos, é transmitido por convecção pelo sangue e é irradiado pela sua pele para a atmosfera e os corpos próximos.

P7) Em uma experiência, colocam-se gelo e água em um tubo de ensaio, sendo o gelo mantido no fundo por uma tela de metal. O tubo de ensaio é aquecido conforme a figura. Embora a água ferva, o gelo não se funde imediatamente. As afirmações a seguir referem-se a essa situação:

I – Um dos fatores que contribuem para que o gelo não se funda é o de que a água quente é menos densa que a água fria. II – Um dos fatores que concorrem para a situação observada é o de que o vidro é um bom isolante térmico. III – Um dos fatores que concorrem para que o gelo não se funda é o de que a água é bom isolante térmico.

E5)

A fonte de energia representada na figura, considerada uma das mais limpas e sustentáveis do mundo, é estraída do calor gerado Pela circulação do magma no subsolo. Pelas erupções constantes dos vulcões. Pelo sol que aquece as águas com radiação ultravioleta Pela queima do carvão e combustíveis fósseis. Pelos detritos e cinzas vulcânicas.

P10) Um corpo I é colocado dentro de uma campânula de vidro transparente evacuada. Do lado externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo II é colocado próximo à campânula, mas não em contato com ela, como mostra a figura. II I

Não há troca de calor entre os corpos I e II porque não estão em contato entre si. Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o ambiente no interior da campânula está evacuado. Não há troca de calor entre os corpos I e II porque suas temperaturas são diferentes. Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por convecção. Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por meio de radiação eletromagnética.