Trocas de calor 2

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DIVISÃO DAS NOTAS - 2º BIM

Atividades 2,0Provão Semestral 3,0INTERCLASSE/SEPV 2,0 (12 a 17/05)PI 1,0EACC 2,0 (24, 25 e 26/07)

Trocas de calor (capítulo 8*)

Temos sensações térmicas diferentes ao tocarmos o metal e a madeira de uma mesma cadeira!!!

Eles não estariam em equilíbrio térmico, ou seja, na mesma temperatura? Por que essas sensações são diferentes? Por que alguns corpos parecem mais quentes que outros?

Num cozido, a chance de você queimar a boca com a batata é maior do que com a carne. Por quê? Não estariam ambas à mesma temperatura?

* Coleção Física em Contextos, vol. 2.

Existem substâncias más condutoras de calor (isolantes) e boas condutoras de

calor.

Trocas de calor (continuação)

Aquecendo quantidades diferentes de massas

2 panelas idênticas, aquecidas em chamas idênticas. Uma com 1 L (1 kg) de água e a outra com 5 L (5kg). Em qual delas a água ferverá primeiro? Em 5 L de água há muito mais moléculas! Em 1 L, com menos moléculas, cada uma delas

recebe mais calor, atingindo maior grau de agitação.Quanto maior a massa de um corpo,

menor é a variação da temperatura para um mesmo aquecimento.


Aquecendo substâncias diferentes 2 panelas idênticas sob chamas idênticas. Uma com 2 L de água. A

outra com 2 L de óleo. Após 3 min. estarão à mesma temperatura?

NÃO!!!

A qtde de massa é a mesma, o calor fornecido é o mesmo, mas as substâncias são diferentes.

As substâncias necessitam de diferentes qtdes de calor para uma mesma variação de temperatura.


Exemplo:

cóleo = 0,31 cal/g.ºC

cágua = 1 cal/g .ºC

O calor específico (c) é a quantidade de calor necessária para aumentar em 1º C a temperatura de 1 g da substância.Ele indica como o calor recebido ou fornecido se converte em vibração molecular.


Descrição matemática da variação da temperatura com o fornecimento ou a retirada de calor das substâncias:

Q = m . c . ∆TQuantidade de calor em calorias

(cal)

Massa em gramas (g) Calor específico em

cal/g.ºC

Variação de temperatura em

ºC

Lembrando: CALOR é uma forma de energia ligada à agitação de moléculas ou átomos que constituem toda matéria. TEMPERATURA é a

medida desta agitação.

Exercícios resolvidos (p. 219)

Exercícios resolvidos

Exercícios resolvidos

Resolvendo com a fórmula: Q = m . c . ∆ T

c = 0,38 cal/g.ºC

Resolver questões :1 a 6 (p.219); 1 a 6 (p. 225)

Exercícios – p. 219

QUESTÃO 1:Q (cal) Volume (L)

40000 ___ 0,5

X ___ 2

0,5 X = 40000 . 2

X = 80000

0,5

X = 160000 cal


Questão 2

1º bloco: Q = 48000 cal , ∆T = 35 ºC

2º bloco: Q = 8000 cal, ∆T = 35 ºc

Se o 2º recebe menos calor e alcança a mesma temperatura, então ele é MENOR.

E, dividindo 48000/8000 = 6. Assim, conclui-se que o segundo bloco é 6 VEZES MENOR.


QUESTÃO 3:ÓLEO

Q (cal) T (ºC)

300 ___ 5

X ___ 20

5 X = 300 . 20

X = 6000

5

X = 1200 cal

ÁLCOOL

Q (cal) T (ºC)

600 ___ 5

X ___ 20

5 X = 600 . 20

X = 12000

5

X = 2400 cal


QUESTÃO 4:

Então, o calor específico: c = 0,2 cal/g.ºC

Q (cal) m (g)

90 ___ 450

X ___ 1

450 X = 90 . 1

X = 90

450

X = 0,2 cal


QUESTÃO 5:

c = 0,42 cal/g.ºC

a) b)

Q (cal) m (g)

0,42 ___ 1

X ___ 200

1. X = 0,42 . 200

X = 84

1

X = 84 cal

Q (cal) ∆T (ºC)

84 ___ 1

X ___ 10

1. X = 84. 10

X = 840

1

X = 840 cal


QUESTÃO 6:

a) O corpo A é o melhor condutor de calor, pois, ao receber a mesma quantidade de calor que B, aumentou mais a sua temperatura.


QUESTÃO 6:

b) cA = 0,5 cB

Pois, o corpo A teve o

dobro da variação de

temperatura do B.

∆T A = 50 ºC e

∆T B = 25 ºC

Exercícios – p. 224/225

QUESTÃO 1:

Q = m.c. ∆T

a) Q = 1 . 0,31 . 1 Q = 0,31 cal

b) Q = 25 . 0,31 . 1 Q = 7,75 cal

c) Q = 100 . 0,31 . (-20) Q = - 620 cal


QUESTÃO 2: Q = m.c. ∆TQ = 250 . 0,12 . (220-20)

Q = 250 . 0,12 . 200

Q = 6000 cal

QUESTÃO 3: Q = m.c. ∆T

c = Q

m. ∆T

c = 30

1 . 600

c = 0,05 cal/g.ºC



∆T = Q

m. c

∆T = 1250

50 . 0,25

∆T = 100 ºC



m = Q

c . ∆T

m = -5000

0,5 . (-35-(-10))

m = -5000

0,5 . (-25)

m = -5000

-12,5

m = 400 g


QUESTÃO 6: Potência = 100 cal/min

Pot = E

∆t

E = Pot . ∆t

E = 100 . 25

E = 2500 cal

Q = m . c . ∆T

m = Q

c. ∆T

m = 2500

0,2 . (90-40)

m = 2500

0,2 . 50

m = 2500

10

m = 250 g


Capacidade Térmica (C): quantidade de calor que um corpo absorve ou cede para aumentar ou diminuir de 1º C a sua temperatura.

C = m.c ou C = Q/ ∆T (Unidade de medida: cal/ºC)

Por que muitas pessoas preferem cozinhar em panelas de ferro ao invés das panelas de alumínio? (Ver “Explorando a Situação”, p.225)

As panelas de Fe demoram mais para esfriar os alimentos que as de Al.

Calores específicos:

cFe = 0,117 cal/g.ºC e cAl = 0,212 cal/g.ºC

O Fe é quase 3 x mais denso que o alumínio. Então: ∆T = Q

m.c


1- Atividade para entregar dia 23/05, individual: leitura e interpretação da seção "Por dentro do conceito”. (P. 229)

2 - Exercícios de 1 a 4 (p.228). Entregar no final da aula, em dupla.

Obs: vejam, antes, os exercícios resolvidos na mesma página.

Trocas de calor (continuação)Trocas de calor em sistemas térmicos

Calorímetro: recipiente termica-mente isolado que permite efetuarmedidas de calorimetria.Ex.: determinar os calores específicos das substâncias.

Calorímetro ideal: tem capaci-dade térmica desprezível; não trocacalor com as substâncias no seu interior (sistema

adiabático).

|Qrecebido| = |Qcedido| ou ∑ Q recebido + ∑ Q cedido = 0 (zero)


Exercícios resolvidos p. 231


Atividade, entregar em dupla: 1- Exercícios 1 e 5 (p. 232).2- Com base nas explicações do livro (p.

247/248) explique, com suas palavras, e exemplifique as três formas de condução de calor - condução, convecção e radiação.

Trocas de calor (continuação)Por que as substâncias mudam de estado?

(p.232) Em uma cozinha podemos encontrar:

um freezer a – 15ºC; água fervendo a 100ºC; lâmpada incandescente com filamento até 3000 ºC; corpo humano a 36,5ºC.

Se submetermos a água a essas temperaturas: a -15 ºC: congelada; a 0 ºC: em fusão; a 35 ºC: líquida; a 100 ºC: fervendo; acima desse valor, seria vapor disperso na atmosfera. a 3000 ºC as moléculas de hidrogênio e oxigênio estariam dissociadas.

Já o ferro: sólido: até por volta de 1500 ºC. fusão: por volta de 1500 ºC; vaporização: por volta de 2800 ºC.


Mudança de estados físicos da matéria

Temperatura e Pressão influenciam nestas mudanças.

A temperatura faz com que as moléculas se movimentem com maior ou menor velocidade;

A pressão deixa as moléculas mais próximas ou mais afastadas.

Referência: www.coladaweb.com


O estado sólidoPartículas muito próximas umas das outras.Tem forma própria; o volume é definido. Sólidos se transformam em líquidos ou

gasosos quando aquecidos ou quando a pressão é reduzida.

O estado líquidoPartículas mais afastadas umas das outras do

que no estado sólido. Maior movimento das partículas, tornando a matéria fluida.

Não tem forma própria; o volume é constante.


O estado gasosoPartículas bem mais afastadas umas das

outras; grande movimentação.Não tem forma nem volume definidos.


FUSÃO: passagem do estado sólido para o estado líquido. A temperatura permanece constante. (TEMPERATURA DE FUSÃO do gelo: 0ºC, à pressão de 1 atm)

Ex.: gelo à - 8ºC, receberá calor do ambiente até chegar à 0ºC. Começará a passar do estado sólido para o líquido. Tanto o bloco de gelo quanto a água estarão em 0ºC. Quando todo o gelo estiver derretido, a temperatura da água começará a subir, até atingir o equilíbrio térmico com o meio ambiente.


SOLIDIFICAÇÃO: passagem do estado líquido para o sólido. A temperatura permanece constante. (TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO da água: 0ºC, à pressão de 1 atm)

A retirada de calor do corpo líquido, provoca diminuição na temperatura até o ponto em que os átomos passam a vibrar segundo uma estrutura cristalina.

Trocas de calor (continuação)VAPORIZAÇÃO: passagem do estado líquido para o gasoso

por EVAPORAÇÃO ou EBULIÇÃO.EVAPORAÇÃO: ocorre a qualquer temperatura; processo

lento. Ex. roupas secando nos varais. Moléculas do líquido que escapam da sua superfície com velocidade que dependente de 3 fatores:

1-quanto maior a temperatura do líquido, maior será a energia das moléculas que estão próximas à superfície; maior será velocidade de evaporação.

2-quanto maior for a superfície do líquido em contato com o ar maior será a velocidade de evaporação. Ex.: líquido em um prato e em uma garrafa.

3-quanto maior a umidade próxima a superfície do líquido, menor a velocidade de evaporação; as moléculas que iriam se desprender encontrarão já o espaço ocupado por outras. Ex: secagem de roupas em dias úmidos X secos.


EBULIÇÃO: ocorre a uma determinada temperatura, característica de cada líquido. (TEMPERATURA DE EBULIÇÃO que permanece constante durante o processo).

Ex: à pressão atmosférica de 1 atm, a água entra em ebulição à 100ºC e permanece nela enquanto ferve.


CONDENSAÇÃO: É a passagem do estado gasoso para o líquido que ocorre quando se retira calor de uma substância.

SUBLIMAÇÃO: É a passagem do estado sólido direto para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Ex: naftalina, CO2 sólido, cânfora.

CRISTALIZAÇÃO: É a passagem do estado gasoso direto para o estado sólido, sem passar pelo estado líquido.

Ex: iodo cristalino aquecido evapora. Se colocado uma superfície fria logo acima da evaporação o iodo se liga a superfície formando pequenos cristais (sublimando).


Atenção: a água tem um comportamento diferente (anômalo) quando aquecida de 0 a 4ºC; seu volume diminui nessa faixa de temperatura. Após 4ºC ela comporta-se como as demais

substâncias, ou seja, o volume aumenta quando aquecida.

Lagos congelados: ao atingir 4 ºC, esta porção de água alcança a sua maior densidade e desce ao fundo do lago. As camadas superiores, menos densas, continuam sendo resfriadas até a temperatura de congelamento (0 ºC).

Isto mantém as espécies marinhas vivas.

Trocas de calor (continuação)Transmissão de calor: passagem da energia térmica (calor) de um local para outro devido a diferença de temperatura entre os corpos.

1- Condução: ocorre através das partículas do corpo (meio material); sem este meio, não há transmissão de calor por condução.

• na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas e vibram com maior intensidade, transmitindo energia para as vizinhas, que, passam a vibrar com intensidade maior, que passam para as seguintes, e assim sucessivamente.

Ex.: O calor propaga-se através da parede do forno de uma pizzaria.


2- Convecção: movimento de massas de fluidos (líquidos ou gases) de densidades diferentes; não ocorre no vácuo.

Ex.: aquecedor elétrico – deve ser instalado na parte superior ou inferior de uma sala? - O ar quente (menos denso) sobe, enquanto o ar frio (mais denso) desce. - Pode ser natural (ex. brisas marítimas/terrestres); ou forçada (ex. bombas/ventiladores/geladeira).


3- Radiação: por meio de ondas eletromagnéticas; ocorre no vácuo também; a energia radiante propaga-se até o outro, através do espaço que os separa.

Ex.: a energia solar , a energia emitida por uma lareira, por uma lâmpada de filamento etc. Ondas de rádio, infravermelha, ultravioleta, luz visível, raios X, raios gama, etc., pode converter-se em energia térmica por absorção. - Só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor.

Transmissão de calor na garrafa térmica (vaso de Dewar)

Para que serve?

Como é construída?- As paredes devem ser adiabáticas (sem

trocas de calor com o meio ambiente).- Para evitar a saída/entrada de calor por

condução, há uma parede dupla de vidro (péssimo condutor) entre as quais se faz o vácuo.

- Para evitar a convecção, deve-se manter sempre bem fechada a tampa da garrafa.

- Para evitar a radiação, as paredes são espelhadas: os raios infravermelhos refletem-se no espelho, retornando ao meio de origem.

Mas não é perfeita! Atinge o equilíbrio térmico com o meio ambiente.

Se avaliem. Façam as questões no ENEM pág. 467 a 477.

Máquinas Térmicas (cap. 9, pág.261)

1. Máquinas na HistóriaA necessidade de produção em grande escala gerou

novas formas de trabalho: troca força animal/humana por máquinas. Desde a Antiguidade; intensificação na Idade Média; revolução industrial, sec. XVIII, (máquinas a vapor).


2. Máquinas Térmicas: dispositivos que produzem trabalho a partir do calor (térmica mecânica). Ex.: motor de veículos, máquinas a vapor, etc.

- Máquinas a vapor100 d.C.: eolípia de Heron de Alexandria.

Séc. XVI: máquinas para bombear água.Séc. XVII: começam ser usadascom algum sucesso (Thomas Savery;Thomas Newcomen; James Watt). Séc. XIX: Sadi Carnot faz o tratamento teórico/científico(ciclo de Carnot).


Ciclo nas máquinas a vapor

1.Na caldeira: transformação isobárica (pressão constante); o gás realiza trabalho.

2. Na turbina: o gás expande de forma adiabática; diminui pressão e temperatura.

3. No condensador: o vapor é resfriado; transformação isobárica em que temperatura e volume diminuem.

4. Na bomba: aumenta a temperatura e pressão da água numa transformação isovolumétrica (volume constante).


São dispositivos que produzem trabalho a partir do calor. Ex.: motores de veículos, máquinas a vapor,

História 1ª Lei da Termodinâmica

Rendimento das máquinasCiclo de CarnotMortor 4 tempos2ª Lei da Termodinâmica: é impossível que,

espontaneamente, o calor flua de uma fonte fria para uma fonte quente.

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