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

Transferência de calor e equilíbrio térmico. ;calor específico. Condução do calor.;

Mudanças de estado físico e calor latente de transformação.

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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.

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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.  

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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

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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.

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CONVECÇÃO ocorre exclusivamente nos fluidos com transmissão de matéria.

IRRADIAÇÃO Sua transmissão é feita por intermédio de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho.

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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.

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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.

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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: cágua = 1,0cal/gºC

A unidade de medida do calor específico no S.I. é:[J/kg.K].Mas usamos também a [cal/gºC].

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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

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Calor trocado por uma substância quando ocorre apenas variação de temperatura.

CALOR SENSÍVEL(Qs)

Qs = m . c . ΔѲ

m = massa do sistemac = calor específico da substânciaΔѲ = variação sofrida pela temperatura

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Calor trocado por uma substância quando ocorre mudança de estado físico.

CALOR LATENTE(QL)

QL= m . L

Veja por exemplo:

LF,gelo= 80cal/g (calor de fusão do gelo)

LV,água= 540cal/g(calor de vaporização da água)

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

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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:

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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?

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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)

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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

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Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e da “ilha de calor”, espera-se que o consumo de energia elétricaa) 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)

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EXEMPLO 03

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

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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 quea) 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.

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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:

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EXEMPLO 04

RESOLUÇÃO: Como a massa é a mesma e a quantidade de calor também, devido a equação de calor sensívelQs = m . c . ΔѲ, 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.

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EXEMPLO 05Em 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.

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EXEMPLO 05

Indique a alternativa que apresenta a(s) proposição(ções) correta(s) para os fenômenos observados pelos estudantes:

a) I, II, III e IVb) Apenas III e IVc) Apenas II e IIId) Apenas I e IIIe) 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)

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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.

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EXEMPLO 06

RESOLUÇÃO: Um dos grandes causadores do efeito estufa é o CO2 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 (CO2) 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 somentea) I e IIb) I e IIIc) II e IIId) III e IVe) II e IV

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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.

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EXEMPLO 07

(GABARITO: D)

a) convecção - condução - radiação.b) convecção - radiação - condução.c) condução - convecção – radiação.d) condução - radiação - convecção.e) radiação - condução - convecção.

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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:

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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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