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TERMOMETRIA, CALORIMETRIA & PROPAGAÇÃO DE CALOR

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Prof.: Vanessa Cardoso Ribeiro Leocádio

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Temperatura: Medida da agitação molecular Maior a temperatura = maior a energia cinética = maior velocidade• Termometria – medida da temperatura• Calorimetria – medir o calor

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Calor: Energia térmica em trânsito, devido a diferença de temperatura. È a energia transferida entre dois sistemas como consequência de uma diferença de temperatura existente entre eles. Portanto sem diferença de temperatura não há energia térmica em transito, portanto não há calor

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Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior

temperatura para o de menor temperatura.

O calor é uma energia, pois pode ser gerada por atrito

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Quando dizemos "estou com calor" queremos, na verdade, dizer "o ambiente está com alta energia térmica e está transferindo mais energia térmica para mim do que eu estou habituado, e isso está desconfortável".

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Por que o leite derrama?

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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

BA

C

B C

Equilíbrio térmico: temperaturas iguais.

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EQUILÍBRIO TÉRMICO

CALOR TEMPERATURA

CONDUÇÃO

CONVECÇÃO

RADIAÇÃO

TERMÔMETROS

GRANDEZASTERMOMÉTRICAS

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

ABSOLUTAS

NÃO ABSOLUTAS

FAHRENHEITKELVIN

PROPAGAÇÃO DE CALOR

Qualitativo

CELSIUS

Quantitativo

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Facilidade ou dificuldade com que o calor flui de um ponto a outro do objeto.

Condutividade Térmica

• Qual a função do agasalho?• Qual a função da chapa de ferro sobre o fogo?• Qual a nossa sensação térmica ao pisarmos no azulejo e na

escada de madeira?

Nossa sensação térmica não é confiável: o piso e a madeira estão na mesma temperatura ambiente.

Dissipar ou não, rapidamente o calor transferido

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Sensação térmica é a temperatura virtual ou a combinação da temperatura com outros fatores meteorológicos, como o vento. Sensação térmica está ligada à taxa de transferência de calor e, portanto, à condutividade térmica do material ao qual o indivíduo está em contato.

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Isolantes térmicos: objetos que impedem um corpo de trocas de calor com o ambiente. Exemplos: água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem, etc.

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Ter uma casa com temperatura agradável

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Ilha de calor : Fenômeno no qual as áreas centrais, mais transformadas, apresentam temperaturas mais altas que as áreas periféricas Causas: Fatores que aumentem a retenção de calor (maior absorção de radiação solar e menor quantidade devolvida) e que atrapalhem a circulação dos ventos (poderiam diminuir a sensação térmica e dissipar os poluentes). Poluição atmosférica;• Aumento do número de veículos;• Retirada da vegetação;• Aumento da área asfaltada;• Construção de grandes edifícios. 

As áreas menos transformadas, com maior cobertura vegetal, absorvem naturalmente a radiação solar e a dissiparia pela evapotranspiração aliada aos ventos. Essa radiação repelida chega a maiores altitudes atmosféricas, diminuindo a quantidade de calor em superfície. Processo que não ocorreria em centros urbanizados porque os poluentes impedem essa dissipação.Prof.

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O fenômeno é conhecido como “trilha ou esteira de condensação” ou, em inglês, ''contrails''. Geralmente, essas nuvens aparecem quando o avião está em uma altitude acima de 8.000 metros e com uma temperatura externa abaixo de -40ºC. Normalmente, a temperatura externa dos aviões quando atingem grandes altitudes (acima de 8.000 metros) é bastante baixa, chegando a -50ºC. Ao mesmo tempo, as turbinas das aeronaves produzem uma descarga de gases quentes, com mais de 300ºC. Quando esses gases entram em contato com o ar extremamente frio, o vapor de água se resfria rapidamente e se condensa, formando pequenas gotas de água. Com o movimento do avião, o resultado é uma fina nuvem, que pode ser longa e duradoura ou curta e rápida, dependendo da umidade e da temperatura da atmosfera. Quanto mais frio e úmido, maior e mais duradouro será o rastro. Embora sejam constituídos, em sua grande maioria, por cristais de gelo, as trilhas também podem conter outros elementos provenientes da exaustão das aeronaves, como fuligem e dióxido de enxofre. Os primeiros trilhos de condensação foram observados durante e logo após o término da 1ª Guerra Mundial (1914-1918), quando os aviões finalmente alcançaram altitudes necessárias para o fenômeno. Uma das primeiras observações aconteceu em 1919, durante um voo em Munique, na Alemanha. Na ocasião, a aeronave alcançou uma altitude de pouco mais de 9.200 metros.

Rastro do foguete

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TermometriaEscolha da substancia termométrica

Sólidos – difícil perceber a dilatação/ Histerese térmica

Gases- melhor dilatação, mas varia pressão e volume

Liquido – mais práticos e fáceis manuseio- Mais recomendado é o mercúrio porque:

- Dilata-se de forma muito regular- É fácil obtenção, com grande grau de pureza

- Excelente condutor de calor(família dos metais)- Liquido entre as temperaturas de -38°C e 359°C

- Brilhante, facilitando ver através do vidro- Permanece em uma massa única

Histerese térmica – é o fenômeno de suas modificações moleculares, um solido quando aquecido, sofre aumento em suas dimensões e, quando esfriado, voltando a temperatura inicial, conserva uma dilatação residual. Ele não volta exatamente às suas dimensões iniciais.

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A eletricidade flui sem qualquer resistência, os líquidos desafiam a gravidade e a velocidade da luz pode ser reduzida para apenas 61 km/h

O sistema está perfeitamente ordenado e todos os seus constituintes - átomos e moléculas - estão no seu devido lugar

Zero Absoluto Essa escala é absoluta (não possui temperaturas negativas), pois começa no zero

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Teorema de Tales

𝜽 °𝑪−𝟎𝟏𝟎𝟎−𝟎 =

𝜽 ° 𝑭 −𝟑𝟐𝟐𝟏𝟐−𝟑𝟐 =

𝜽𝐊−𝟐𝟕𝟑𝟑𝟕𝟑−𝟐𝟕𝟑

𝜽 °𝑪𝟏𝟎𝟎=

𝜽 ° 𝑭 −𝟑𝟐𝟏𝟖𝟎 =

𝜽 𝑲−𝟐𝟕𝟑𝟏𝟎𝟎 (÷𝟐𝟎)

𝜽 °𝑪𝟓 =

𝜽 ° 𝑭 −𝟑𝟐𝟗 =

𝜽 𝑲−𝟐𝟕𝟑𝟓

Equações de Conversão

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Relação de Conversão de Variações

Pressão de 1 Atm

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∆𝑪100 =

∆ 𝑭180 =

∆𝑲100 (÷20)

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Uma temperatura de 70 graus pode ser agradável?

É possível fazer uma leitura instantânea da temperatura de um corpo?

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.

70 graus Celsius não representam uma temperatura agradável, mas 70 graus Fahrenheit representam uma temperatura amena, pois equivalem a aproximadamente 21ºC.

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CriogeniaÉ o estudo das baixas temperaturas. Ela pesquisa as técnicas de obtenção das temperaturas muito baixas e o comportamento dos elementos e materiais nessas condições.Surgiu na virada do séc XX, quando se conseguiu a liquefação do ar atmosférico e a separação de seus componentes por destilação fracionada. A indústria alimentícia passou a usar dois desses gazes criogênicos: o dióxido de carbono(gelo seco)(conservação de alimentos- carrinho de sorvete) e o nitrogênio(temperaturas baixas – conservação de embriões)

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Calorimetria A troca de calor entre dois corpos cessa quando for atingido o equilíbrio térmico.

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Unidade de calor em SI (Sistema

internacional) = joule (J)

Dia a dia = caloria (cal)

1cal ≈ 4,2J1kcal = 10³cal

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Mudança de estado físico

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Os sete estados da matéria são: sólido, liquido, gasoso, plasma, condensado de Bose-Einstein, gás fermiônico e o superfluido.

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SQ m.c. T

Quantidade de calor necessária para aquecer 1g de substância de 1°C

Calor sensível ou especifico

Unidades prática S.I

Q = quantidade de calor cal J joule

m = massa g kg∆T = variação de temperatura

°C K kelvin

2H Oc 1cal/ gC

• Depende da natureza da substância.• Muda com a variação da temperatura.• Toda substância tem em cada estado

físico, um valor diferente para o calor específico.

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Com a mesma quantidade de calor é o alumínio esquenta mais que a agua

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Amplitude térmica – no deserto muito grande

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Capacidade TérmicaQuantidade de calor/energia necessária para fazer a temperatura de um corpo ou recipiente variar a temperatura de 1°C

TQC

cmC .

(S.I) J/K(prática) cal/°C

Princípio fundamentalrecebida cedidaQ Q 0

recebida cedidaQ Q Prof. Vaness

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SQ m.L

Calor Latente

Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura.

(S.I) J/kg(prática) cal/g

Calor LatenteL > 0 – absorve calor durante a mudança L < 0 – cede calor durante a mudança

O calor latente de mudança de estado pode ser:endotérmico (Q > 0): As transformações de fusão, vaporização e sublimação são endotérmicas pois a matéria precisa absorver calor.exotérmico (Q < 0): As transformações de liquefação, solidificação e sublimação inversa são exotérmicas, pois a matéria precisa liberar calor.

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REGELO DE TYNDALL

Qual a explicação? A curva de fusão da água permite-nos uma rápida explicação: mantida constante a temperatura do bloco, um aumento na pressão sobre o gelo em contato com o fio faz com que este se funda. O fio pode então descer um pouco. Cessada a pressão adicional sobre a água esta volta a solidificar-se, unindo novamente as duas partes do bloco. Isso acontece sucessivamente até que o fio atravesse totalmente o bloco, sem dividi-lo.

Porque a lâmina dos patins é muito fina e exerce uma grande pressão sobre o gelo, fazendo com que o mesmo derreta a uma temperatura menor que a sua temperatura de fusão devido à maior pressão. A cama de gelo logo abaixo dos patins vira "água" e é possíve deslizar. Cessada a pressão, o gelo volta a "congelar".

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CRIOSCOPIA ou criometriaÉ uma propriedade coligativa que ocasiona a diminuição na temperatura de congelamento do solvente. É provocado pela adição de um soluto não-volátil em um solvente. Esta relacionado com o ponto de solidificação (PS) das substâncias. Em países onde o inverno é muito rigoroso, adiciona-se sal nas estradas para provocar a diminuição da temperatura de congelamento da água, evitando que se forme gelo. Nos carros, é comum adicionar um anticongelante nos radiadores, o etilenoglicol. Esta substância em solução com a água diminui a temperatura de congelamento para -37°C.

Geleiras ou glaciares- sob pressão e metamorfismo do "sedimento" neve, temos a formação de gelo duro e espesso da qualidade de uma rocha,

Esta propriedade também explica porque grande parte da água do mar não congela a 0°C. A imensa quantidade de sal dissolvida nos mares e oceanos faz com que o seu ponto de congelamento diminua.

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Por que a garrafa fica suada?

A superfusão ou super-resfriamento consiste em resfriar um líquido abaixo da seu ponto de fusão sem que ele passe para o estado sólido. Ele é explicado admitindo que o líquido superfundido se encontre em um estado de equilíbrio dito meta-estável (instável). Esta explicação é justificada pelo fato de qualquer perturbação produz a solidificação do líquido sobrefundido

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Mudança no volume do mercúrio

(termômetro clínico)

Mudança no volume do álcool

(termômetro de laboratório)

Mudança na cor do cristal líquido

(Termômetro de cristal líquido)

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Termômetros

Termômetro industrial

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Mudança na cor do metal fundido

(Pirômetro ótico: compara a cor do metal

com a do filamento da lâmpada)

Mudança na diferença de potencial elétrico entre metais diferentes (Termopar)

Termopar digital

Mudança no comprimento dos

metais.(Termômetro

bimetálico espiral)

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Propagação do calor

O calor se propaga espontaneamente

de um corpo de maior temperatura

para outro, de menor temperatura.

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Condução térmicaÉ o processo de propagação do calor em que uma região de maior temperatura transmite o calor para as regiões vizinhas, de menor temperatura.

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ᶲ=Precisa de meio materialSem transporte de matéria

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Ocorre nos fluídos com o deslocamento de partículas. Não ocorre no vácuo. Ocorre somente nos líquidos e gases

Convecção térmica

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Precisa de meio materialCom transporte de matéria

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Brisa litorânea Brisa Terrestre

R$ 2.350,00

Aquecedor solar caseiroGarrafa pet

Latinhacano

Transparente- água ambienteVermelha –água quenteAzul-água fria

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Barco vela

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A maioria dos fluidos, quando aquecidos, se expande, diminuindo sua densidade, e sobe devido ao empuxo.

Como o peixe sobrevive se a agua congela?

Principio de Arquimedes: Empuxo e a força de baixo para cima que um corpo imerso em liquido recebe igual ao peso do volume de liquido deslocado....Eureka

Anomalia da água o aquecer a água de 0°C a 4°C, as pontes de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios antes existentes, provocando, assim, uma diminuição no volume. Mas de 4°C a 100°C, a água dilata-se normalmente. Então, a 4°C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido.Prof. Vaness

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Curvas de estadoSubstâncias que aumentam de volume na fusão.

Substâncias que diminuem de volume na fusão. - Anomalia da água

PT =ponto triplo ( encontra-se o elemento nos três estados: solido, liquido e vapor)PC =ponto crítico (onde passa de vapor para gás)

Depende da temperatura e pressão

Pressão de 4,58mmHg e temperatura de 0,01°C

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(IR)Radiação térmica ou infravermelhoÉ o processo de propagação do calor por emissão de radiação infravermelha. Quando o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Única que ocorre no vácuo.

Não precisa de meio materialAtravés do eletromagnetismo

Corpo negroé um objeto que absorve e emite

na mesma a radiação eletromagnética

Veremos melhor em física moderna

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A Termografia Infravermelha computadorizada é uma técnica recente que capta mínimas alterações da temperatura superficial da pele e processa essas informação em imagens de alta resolução. As doenças musculoesqueléticas, neurológicas e vasculares estão associadas a alterações térmicas cutâneas, especialmente as patologias relacionadas com processos álgicos. É um exame que diagnostica, estima a magnitude da lesão e da dor e controla a evolução da doença e a resposta aos medicamentos e à fisioterapia. Pode ser usado em crianças e gravidasPode descobrir de 5 a 10 anos antes de uma mamografia, um ultrassom e a ressonância magnéticaDetecção de doenças assintomáticasMedicina esportiva

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GARRAFA TÉRMICA: evitar as propagações de calor. • faces espelhadas evitam a radiação • o vácuo evita a condução e a convecção• uma camada de plástico para proteger de quebrar as demais camadas

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Ventos na camada de circulação geral da atmosfera, existe outros fatores que influenciam o vento em camadas mais próximas a superfície

o vento surge devido ao aquecimento desigual da superfície da Terra o qual provoca gradientes de pressão que são responsáveis pelos movimentos de massa de ar.

Nas regiões próximas:• a linha do Equador, onde o ar é mais aquecido = menos denso, esse ar tende a subir. • aos Pólos, onde o ar é menos aquecido = mais denso, o ar tende a descer. Assim surgem as chamadas correntes de convecção, que tendem a equilibrar a temperatura no globo.

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As correntes de convecção de ar, quentes ou frias são as chamadas frentes quentes e frias, movimentam de regiões mais aquecidas e de baixa pressão para os lugares mais frios e de alta pressão. Quando correntes de ar, como estas colidem ocorrem as chamadas tempestades. Nas cidades onde há uma alta circulação de veículos ou indústrias os gases que são expelidos sobem, pelo fato de que são mais quentes e menos densos que o ar da atmosfera e o ar das camadas mais altas, descem, ocorrendo uma renovação do ar, mas isso depende da temperatura ambiente. Prof.

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Qual a diferença entre furacão, tufão e ciclone tropical?Nasce nas aguas quentes (acima de 27°C), o sol aquece o mar, o vapor se eleva, favorecendo a formação de nuvens pesadas, formando correntes ascendentes, que acumula mais ar quente e úmido, formando um sistema de baixa atmosférica, e começa a girar mais rápido.

Estagioaté 50km/h é chamado de depressão tropicalAté 119km/h é tempestade tropicalAcima de 119km/h é furacão

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Tornado

Formato de funil, Choque entre duas correntes de ar, Rotação do ar, Geralmente menor que 1km de diâmetro e pode percorrer até 100km, Uma área totalmente destruída e do lado não acontecer nada. Quando forma sobre o mar, chama tromba d’água

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1 - válvula de ar fechada; 2 - válvula de ar quase fechada; 3 - válvula de ar semi-aberta; 4 - válvula de ar totalmente aberta

Porque é que as chamas têm cores diferentes?

A tonalidade das chamas depende de muitos fatores, como o tipo de combustível ou a proporção de oxigénio presente. Assim, quando ardem hidrocarbonetos, a quantidade do gás é que determina a cor das labaredas. No caso de um bico de Bunsen de laboratório, a cor típica é o amarelo, mas, quando se aumenta o oxigénio, a chama adquire uma tonalidade azul. De um modo geral, podemos dizer que a cor da chama revela a temperatura a que se encontra (no carvão, se for vermelha, implica uma temperatura de 700 graus; se for branca, de 1300), assim como a efi ciência da combustão (quanto mais azulada for, melhor estará a arder o combustível).No ano 2000, a NASA demonstrou que a gravidade também tem uma palavra a dizer. Em condições de microgravidade, a chama adquire uma forma esférica e apresenta uma nítida tendência para os tons azulados. Na foto, um comedor de fogo participa numa procissão religiosa sikh, em Cachemira (Índia). As cores dos fogos

de artifício

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