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CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS - FÍSICA
Ensino Médio, 2ª Série
CONCEITO DE TEMPERATURA E CALOR
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
TERMOLOGIA
É a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao
aquecimento, ao resfriamento ou às mudanças de estado físico
em corpos que recebem ou cedem energia. Temperatura e
Calor são objetos de estudo da Termologia.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
TEMPERATURA
Temperatura é a grandeza física associada ao estado de
movimento ou à agitação das partículas que compõem os
corpos (1).
Moléculas muito agitadas = Temperatura alta.
Moléculas pouco agitadas = Temperatura baixa.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
O termoscópio foi o primeiro instrumento
construído para medir a temperatura, em
1597 por Galileu Galilei.
Consiste em um bulbo cheio de ar, provido de um tubo imerso em um recipiente contendo um líquido. Quando o ar aquece a pressão aumenta e o líquido desce.
Imagem: Galilean thermoscope. Reproduction of the Institute and Museum for the History of Science of Florence. Source: Photo of Franca Principe - IMSS Florence. / Max Planck Institute for the History of Science / Berlin Declaration on Open Access to Knowledge in the Sciences and Humanities.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
TERMÔMETROS
Todo dispositivo usado para medir temperatura é chamado de
termômetro.
Há vários tipos de termômetros. Os mais comuns são:
Termômetro clínico;
Termômetro de lâmina bimetálica;
Termômetro a gás;
Termômetro de rua.
.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Termômetro Clínico
Tem por finalidade medir a temperatura do corpo humano, por
isso indica valores entre 35 °C e 42 °C.
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Termômetro de Lâmina Bimetálica
É utilizado para avaliar a temperatura em ambientes fechados,
como fornos e câmaras frigoríficas.
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Termômetro a Gás
É utilizado para medir baixas temperaturas. É muito usado em
laboratórios de pesquisa.
Imagem: Kuroisam / Public Domain. (Tradução Nossa).
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Termômetro de Rua
É utilizado para registrar a temperatura do ar no local. Consiste
em um circuito elétrico no interior de um relógio digital, que
capta a temperatura do ambiente.
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EQUILÍBRIO TÉRMICO
Todos os corpos, sempre que possível, tendem a ir
espontaneamente para o mesmo estado térmico.
Portanto:
“Dois ou mais sistemas físicos estão em equilíbrio térmico entre
si quando suas temperaturas são iguais” (2).
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
As partículas da água “quente” fornecem parte de sua energia
de agitação para as partículas da água “fria” e vice-versa. A
troca de energia só é interrompida quando o equilíbrio térmico é
atingido.
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CALOR
Calor é a transferência de energia de um objeto ou sistema
para outro, em razão, exclusivamente, da diferença de
temperatura entre eles.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
TEORIA DO CALOR COMO SUBSTÂNCIA (CALÓRICO)
No século XVIII, o calor era considerado uma espécie de
substância invisível ou um tipo de fluido.
Segundo essa teoria, a substância “calor” ou “calórico”
apresentava características especiais:
penetrava facilmente na matéria;
era atraída pela matéria;
não podia ser criada nem destruída;
não possuía massa.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
A teoria do calórico se tornou obsoleta, quando não conseguiu
explicar o aquecimento provocado por atrito entre dois objetos,
como um esfregar de mãos , por exemplo.
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
AS UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR
A unidade oficial de calor no Sistema Internacional de Unidades
(SI) é o Joule (J).
No entanto, na resolução de problemas de troca de calor, dá-se
preferência, por razões históricas, à unidade caloria (cal).
1 cal = 4,18 J
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Caloria é quantidade de calor que 1 grama de água pura deve
receber, sob pressão normal, para que sua temperatura seja
elevada de 14,5 °C para 15,5 °C.
A unidade múltipla quilocaloria (kcal) também é muito usada
na medida de quantidade de calor.
1 kcal = 1 000 cal = 103 cal
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
PROCESSOS DE PROPAGAÇÃO DO CALOR
A mudança da energia térmica da região de maior temperatura
para a de menor temperatura pode ser processada de três
maneiras distintas:
condução;
convecção;
Irradiação.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
CONDUÇÃO TÉRMICA
É o processo de propagação de calor, no qual a energia térmica passa de partícula para partícula em um meio.
Condução de calor através de uma barra de metal.
Imagem: Clive M. Countryman / Forest Service - United States Department of Agriculture / U.S. Public Domain.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
CONDUTORES E ISOLANTES TÉRMICOS
Condutores térmicos são materiais nos quais o processo de
condução do calor é acentuado.
Exemplo: os metais.
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Isolantes térmicos são materiais nos quais ocorre pouca ou
nenhuma transmissão de calor.
Exemplos: madeira e isopor.
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
CONVECÇÃO TÉRMICA
É o processo de propagação de calor, no qual a energia térmica
se propaga pela movimentação de massas líquidas ou gasosas,
que alteram suas posições no meio devido à diferença de
densidade.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
A transferência de energia por convecção, só ocorre em
materiais fluidos (líquidos ou gases).
É um fenômeno cíclico, no qual formam-se correntes de
convecção, ou seja, o fluido (ar ou água) mais quente tende a
subir e o mais frio tende a descer.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
A refrigeração dos alimentos em refrigeradores domésticos,
assim como o aquecimento da água em uma chaleira
acontecem por correntes de convecção.
Imagem: Oni Lukos / GNU Free Documentation License
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser
explicadas pela existência de correntes de convecção (3).
Imagem: Yue Guan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.(Tradução Nossa).
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
IRRADIAÇÃO TÉRMICA
É o processo de propagação de calor em que a energia térmica
se propaga sob a forma de ondas eletromagnéticas.
A energia chega até o indivíduo, por um tipo de radiação que se
propaga tanto na matéria, como no vácuo.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
A energia do Sol, que viaja no vácuo e aquece o nosso planeta,
é transmitida por irradiação térmica.
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Imagem da terra: Heikenwaelder Hugo, Austria / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
Alguns materiais como o vidro e o plástico dificultam a
passagem da radiação térmica (forma de transmissão do calor
por meio de radiação eletromagnética), mas permitem a
passagem da luz, por isso a maioria das estufas possuem
cobertura de vidro ou de plástico.
Imagem: Joseolgon / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
EFEITO ESTUFA
A presença de vapor de água e gás carbônico faz a atmosfera
reter grande parte das ondas emitidas pelos objetos da
superfície terrestre. Esse efeito é fundamental para que a Terra
tenha uma temperatura média adequada.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
A preocupação dos cientistas é porque as atividades humanas
estão aumentando muito esse efeito.
Então, de um fenômeno benéfico e essencial, o efeito estufa
poderá se tornar catastrófico.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
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Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR
Temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas de
um sistema.
Calor é a forma de transferir energia de um corpo ou sistema
para outro.
Física, 2° anoConceito de Temperatura e Calor
LEMBRANDO
A propagação do calor pode ocorrer por três processos:
condução, convecção e irradiação.
A condução acontece, em geral, nos sólidos.
A convecção predomina nos líquidos e gases, através de
correntes de convecção.
A irradiação ocorre pela radiação; não é necessária a
presença da matéria.
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
4 Galilean thermoscope. Reproduction of the
Institute and Museum for the History of Science of Florence. Source: Photo of Franca Principe - IMSS Florence. / Max Planck Institute for the History of Science / Berlin Declaration on Open Access to Knowledge in the Sciences and Humanities
http://www.mpiwg-berlin.mpg.de/en/research/projects/DEPT1_Valleriani-GalileoEngineer/MV_GE_Col_Img_03.jpg/showImage
09/03/2012
6 Menchi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clinical_thermometer_38.7.JPG
09/03/2012
7 1-1111 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20050501_1315_2558-Bimetall-Zeigerthermometer.jpg
09/03/2012
8 Kuroisam / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:TermometroDeGas.png
09/03/2012
9 ŠJu / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prosek,_displej_%C4%8Dasu_a_teploty_a_kamera,_teplota.jpg
09/03/2012
11 SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/201214 Lubyanka / Creative Commons Attribution-Share
Alike 3.0 Unported.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Massage-hand-4.jpg
09/03/2012
18 Clive M. Countryman / Forest Service - United States Department of Agriculture / U.S. Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cup_for_Heat_Conduction_2010-08-17.png
09/03/2012
Tabela de Imagens
Tabela de ImagensSlide Autoria / Licença Link da Fonte Data do
Acesso
19 grongar / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bain-marie.jpg?uselang=en
09/03/2012
20a przykuta / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
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20b Eurritimia / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Unported.
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09/03/2012
23a SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/201223b Oni Lukos / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Convection.gif09/03/2012
24 Yue Guan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
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09/03/2012
26a SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 19/03/2012
26b Heikenwaelder Hugo, Austria / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celestia_earth2.jpg
19/03/2012
27 Joseolgon / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Braga_Pedagogical_Farm_Estufa.jpg
09/03/2012
30a SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido / http://geographicae.wordpress.com/2007/05/08/o-efeito-de-estufa-ii/
Acervo SEE-PE a partir de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth-Erde.jpg.
19/03/2012
30b Heikenwaelder Hugo, Austria / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celestia_earth2.jpg
19/03/2012