CALOR E TEMPERATURA FÍSICA M.9 Slides X SAIR Abertura: Conforto térmico em residências Capítulo 1: Calor e temperatura Capítulo 2: Propagação do calor Capítulo 3: Medidas de temperatura Capítulo 4: Termômetros: grandezas e equações de conversão Resolução dos exercícios X SAIR

Conforto térmico em residências FRANCK BOSTON/SHUTTERSTOCK-VERA VOLKOVA/SHUTTERSTOCK-MAKHNACH/SHUTTERSTOCK Professor: o aquecimento da água, o conforto térmico que o uso de um agasalho nos proporciona em um dia frio, a conservação dos alimentos no interior de uma geladeira, a manutenção da temperatura do café em uma garrafa térmica, a inércia térmica, o aquecimento de nosso planeta proporcionado pelo Sol são fenômenos que podem ser explicados por meio dos conceitos de calor e de temperatura. Mas qual é a diferença entre calor e temperatura? Como o calor se propaga? Conforto térmico em residências

Capítulo 1 Calor e temperatura DR. ARTHUR TUCKER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Capítulo 1 Calor e temperatura X SAIR

Energia térmica É a energia associada ao movimento de translação, rotação e vibração das partículas de um corpo. A temperatura é a grandeza física macroscópica relacionada à movimentação das partículas. Sistema I Sistema II Menor energia térmica Maior energia térmica Professor: a ilustração mostra que a energia térmica está associada às partículas que compõem o material (no caso, um gás). Esses dois sistemas podem estar à mesma temperatura, mas têm energias térmicas diferentes, pois o sistema II tem mais partículas que o sistema I. Quando falamos de um mesmo sistema, vale a relação: quanto maior a temperatura desse sistema, maior sua energia térmica. 1 Calor e temperatura

Equilíbrio térmico e calor TA TB TA TB TA > TB TA = TB Professor: dois corpos a diferentes temperaturas, colocados em um recipiente termicamente isolado, atingem o estado de equilíbrio térmico. Calor é a energia térmica em trânsito de um corpo para o outro devido à diferença de temperatura entre eles. A sequência de figuras mostra que dois corpos com temperaturas diferentes trocam calor e entram em equilíbrio térmico em uma nova temperatura (supondo que isso aconteça em um ambiente termicamente isolado). 1 Calor e temperatura

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 1 Calor e temperatura

Já sabe responder? Se a temperatura está alta, por que não posso dizer que estou com calor? IMAGE CHINA/ZUMA PRESS/KEYSTONE Professor: não é correto dizer “estou com calor”, pois calor é uma forma de energia que se transfere de um corpo a outro devido à diferença de temperatura entre os corpos. Assim, calor não é algo que um corpo possua, não é uma substância, mas sim energia térmica em trânsito. Dessa forma, em dias quentes de verão, com altas temperaturas, os corpos têm maior energia térmica e a trocam em menor quantidade com o meio. Nessa situação, ocorre menor propagação de calor; assim, o corpo possui maior energia térmica e não a troca com o meio. No inverno, a troca de calor entre o corpo e o ambiente se torna mais intensa, causando a sensação de frio. 1 Calor e temperatura

Capítulo 2 Propagação do calor DR. ARTHUR TUCKER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Capítulo 2 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. 2 Propagação do calor

Condução térmica É o processo de propagação do calor em que uma região de maior temperatura transmite o calor para as regiões vizinhas, de menor temperatura. JAVIER LARREA/KEYSTONE SEBASTIEN BUREL/SHUTTERSTOCK Professor: o calor do fogo da churrasqueira aquece os espetos, os quais, por condução, assam a carne. Para que o calor do metal não passe para a mão de quem mexer nos espetos, o cabo é revestido de madeira, que é um bom isolante térmico (mau condutor). A lã também é um isolante térmico, e o cobertor de lã é uma boa opção para impedir que, no inverno, troquemos calor com o ambiente. 2 Propagação do calor

Convecção térmica É o processo de propagação do calor pela movimentação da matéria de uma região a outra. FABIO COLOMBINI LUKE PETERS/ALAMY/OTHER IMAGES Professor: a convecção térmica acontece em líquidos e gases. A movimentação da matéria ocorre devido à diferença de densidade (menos densa, massa aquecida, e mais densa, massa mais fria). O ar próximo a um aquecedor de ambientes se torna menos denso e sobe. O ar frio desce e é aquecido, subindo também. Dessa forma, com o tempo, todo o ambiente fica aquecido. Assim como no caso do ar, também se formam as “correntes de convecção” na água em uma panela no fogo. A água se movimenta, e o líquido se aquece. 2 Propagação do calor

Radiação térmica É o processo de propagação do calor por emissão de radiação infravermelha. DAVID EWING/AGB-PHOTO BILL ROSS/SUNSET/KEYSTONE Professor: qualquer corpo, com temperatura acima de zero grau kelvin, emite radiação eletromagnética. Esse tipo de radiação não necessita de meio material para se propagar, e por isso é a única forma de propagação de calor no vácuo. O calor do Sol chega à Terra por meio da radiação térmica. As lâmpadas incandescentes emitem muita radiação térmica, além da radiação visível, e é por isso que esquentam o ambiente além de iluminar. As lâmpadas fluorescentes, ou lâmpadas “frias”, emitem menos radiação infravermelha. Em contrapartida, emitem mais radiação ultravioleta. 2 Propagação do calor

Já sabe responder? É possível voar aproveitando a diferença de temperatura do ar? MATT CARDY/ALAMY/OTHER IMAGES Professor: a chama aquece o ar na parte interna de um balão. Essa massa de ar sobe, se resfria, desce, se aquece, torna-se menos densa e tende a subir novamente. Esse movimento da massa de ar caracteriza as correntes de convecção. A temperatura do ar no interior do balão é maior que a temperatura externa. A mistura de gases no interior do balão é menos densa que o ar externo devido ao aquecimento da massa de ar dentro do balão. Assim, a diferença de temperatura possibilita que o balão suba e que as pessoas possam “voar”. 2 Propagação do calor

Medidas de temperatura DR. ARTHUR TUCKER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Capítulo 3 Medidas de temperatura X SAIR

Calibração ou graduação de um termômetro Pontos fixos TOPIC PHOTO/KEYSTONE MARTYN CHILLMAID/ALAMY/OTHER IMAGES Professor: para calibrar termômetros, são muito usadas as temperaturas de fusão do gelo e ebulição da água, constantes durante o processo de mudança de fase. Esses pontos também são usados para a graduação na escala Celsius, os chamados pontos fixos. A diferença entre as duas temperaturas nessa escala é dividida em 100 partes, cada uma correspondendo a 1 °C. 3 Medidas de temperatura

Escalas Celsius e Fahrenheit Temperatura de ebulição da água 100 212 TC TF Temperatura de um sistema qualquer Professor: esquema de dois termômetros que mostra a correspondência de valores entre a escala Celsius e a Fahrenheit. 32 Temperatura de fusão de gelo 3 Medidas de temperatura

Kelvin: a escala absoluta Mínimo da escala: zero absoluto Unidade de temperatura no SI: kelvin (K) Valor em graus Celsius: subtrair 273 do valor em kelvins. 3 Medidas de temperatura

Já sabe responder? Uma temperatura de 70 graus pode ser agradável? GARRY GAY/AGB-PHOTO Uma temperatura de 70 graus pode ser agradável? Professor: 70 graus Celsius não representam uma temperatura agradável, mas 70 graus Fahrenheit representam uma temperatura amena, pois equivalem a aproximadamente 21ºC. 3 Medidas de temperatura

Termômetros: grandezas e equações de conversão DR. ARTHUR TUCKER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Capítulo 4 Termômetros: grandezas e equações de conversão X SAIR

Exemplos de grandezas termométricas Resistência elétrica Densidade de um líquido Nível de um líquido STEVE OHLSEN/ALAMY/OTHER IMAGES CID DAVID LEES/CORBIS/LATINSTOCK 4 Termômetros: grandezas e equações de conversão

Já sabe responder? É possível fazer uma leitura instantânea da temperatura de um corpo? ALFRED PASIEKA/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: apesar do avanço tecnológico, não é possível a medida instantânea da temperatura de um sistema, pois é necessário tempo para o estabelecimento do estado de equilíbrio térmico entre o termômetro utilizado e o sistema em que a medição é realizada. Em um termistor, por exemplo, é preciso considerar o tempo, muito pequeno, de transmitir e converter a informação sobre a variação do valor da resistência elétrica presente no minúsculo termômetro. 4 Termômetros: grandezas e equações de conversão

ESCALAS TERMOMÉTRICAS EQUILÍBRIO TÉRMICO CALOR TEMPERATURA TERMÔMETROS PROPAGAÇÃO DE CALOR ESCALAS TERMOMÉTRICAS GRANDEZAS TERMOMÉTRICAS CONDUÇÃO CONVECÇÃO RADIAÇÃO NÃO ABSOLUTAS ABSOLUTAS CELSIUS KELVIN FAHRENHEIT Navegando no módulo

FÍSICA M.9 CALOR E TEMPERATURA X SAIR

1. Uma escala absoluta hipotética tem ponto de fusão do gelo marcado para valor 273 H, e é dividida entre o ponto de gelo e vapor em 180 partes. O valor nesta escala para 1 K, será: a) – 216,6 H b) esta escala é incorreta, já que por ser absoluta não poderia ter uma temperatura negativa para o zero absoluto. c) 1,8 H d) – 1,8 H e) zero ENEM – FÍSICA M.9

RESPOSTA: B Ponto de vapor de H: 273 + 180 = 453 H TH = –216,6 H Este valor é negativo, o que para uma escala absoluta estaria incorreto. Esta deve partir do zero. H K Vapor 453 H 373 K TH TK Gelo 273 H 273 K TH – 273 453 – 273 = 373 – 273  180 1 – 273 100 Professor: essa questão está ligada à habilidade 17 da área de Ciências da Natureza da matriz de referência. ENEM – FÍSICA M.9