4º aula - Calor e Trabalho

Data: semana – 08 até 12 de junho

Número de aulas: 4

Contato e entrega de atividades: via email paulacelestino@prof.educacao.sp.gov.br e sempre uma cópia no caderno.

Você pode tirar foto do que foi feito no caderno, pode enviar no Word ou no corpo do email.

Prazo de Entrega: 17/06/2020

Propagação do calor foi a última aula dada no CMSP.

Condução térmica | Parte I

BNCC Ciências: EF07CI03

Sobre: Nesta vídeo aula tratamos da propagação de calor nos sólidos para explicar porque determinados materiais (condutores e isolantes) são utilizados em equipamentos de uso cotidiano.

Condução térmica | Parte II

BNCC Ciências: EF07CI03

Sobre: Esta vídeo aula é uma continuação da anterior onde tratamos da propagação de calor nos sólidos para explicar porque determinados materiais (condutores e isolantes) são utilizados em equipamentos de uso cotidiano.

Condução térmica nos metais e na madeira

BNCC Ciências: EF07CI03

Sobre: Nesta videoaula comparamos a condução térmica dos metais e das madeiras, justificando a escolha desses materiais na produção de utensílios do cotidiano.

Introdução

Nada como tomar um suco bem gelado para matar a sede em um dia de verão; e nada como um chocolate bem quentinho para nos aquecer em um dia frio de inverno.

Mas como podemos manter o suco gelado e o chocolate quente se estivermos, por exemplo, viajando ou na praia?   

Você já passou por isso?

Como resolveu esse problema?

Figura 1: Família na praia.

A família da foto mostrada na figura 1 resolveu o problema usando uma caixa térmica.

Apesar que eu acho que nem a bebida e nem a comida que estão na caixa vão manter a temperatura inicial com a tampa aberta.

Vamos ver porque eu acho isso?

Vamos começar discutindo a garrafa térmica, que foi a precursora da caixa térmica.

 

 

A garrafa térmica

A garrafa térmica foi inventada inicialmente para resolver problemas ligados à pesquisa científica, não tendo nenhuma relação com alimentos ou bebidas.

Foi em 1892 que James Dewar inventou a garrafa térmica para manter em baixas temperaturas alguns gases liquefeitos que ele precisava em suas pesquisas.

Somente em 1904 a garrafa térmica começou a ser amplamente vendida como bem de consumo e utensílio para a manutenção da temperatura.

As formas e os materiais usados para a fabricação das garrafas térmicas mudaram ao longo do tempo, mas o princípio de funcionamento continua o mesmo.

A ideia principal é que os modos de troca de calor sejam minimizados o máximo possível, ou seja, impedir que a convecção, a condução e a irradiação térmica aconteçam.

Considerando que tanto a condução quanto a convecção se dão através da matéria, esses dois processos podem ser minimizados através da introdução de um vácuo no sistema.

Dito e feito, as garrafas térmicas possuem paredes duplas com vácuo entre elas. As caixas térmicas também possuem paredes duplas com vácuo.

Já o processo de troca de calor por irradiação é mais difícil de anular, visto que ele acontece inclusive no vácuo – de outras forma não receberíamos o calor do sol!

As primeiras garrafas térmicas possuíam paredes de vidro espelhadas para impedir a irradiação. O vidro é um mau condutor de calor e o espelho reflete as ondas de calor, mantendo–as aprisionadas no interior ou no exterior da garrafa.

A tampa impede as trocas de calor por convecção com o ar do ambiente. Por isso quanto menos aberturas forem feitas, maior será o tempo de conservação da temperatura.

É o mesmo princípio que explica o esfriamento mais devagar dos alimentos quentes que são mantidos em panelas ou em recipientes tampados.

Veja o esquema das primeiras garrafas na figura 2:

Figura 2: Esquema de garrafa térmica.

Mas essas garrafas térmicas antigas possuíam dois grandes problemas, as paredes de vidro podiam quebrar em choques térmicos e quedas e, o metal das paredes espelhadas podia descascar contaminando o líquido.

Hoje as paredes não são mais feitas de vidro, mas de um plástico resistente e duro ou de metal.

As garrafas de hoje conservam a temperatura dos líquidos, quente ou frio, por muito mais tempo do que as antigas, tudo graças ao desenvolvimento tecnológico que possibilitou a utilização de materiais mais isolantes e também a produção de vácuos melhores.

Mesmo assim o sistema não é 100% isolado e o equilíbrio térmico com o meio ambiente acontecerá após algum tempo.

Você entendeu por que eu disse que a temperatura dos alimentos e bebidas da família da figura 1 não manterão suas temperaturas iniciais durante muito tempo?

Porque a caixa térmica está destampada e isso faz com que ocorra a troca de calor por convecção com o ar do ambiente.

Utilizando as energias térmicas, cozinhando alimentos

BNCC Ciências: EF07CI03

Neste artigo vamos conhecer os processos térmicos envolvidos na cocção dos alimentos.

Introdução

Sabe que às vezes me pergunto, quem foi a primeira pessoa que fritou uma batata, inventando a batata frita?

Penso também na invenção das outras comidas, por exemplo, o bolo, a pizza, o pudim…

Quem foi o abençoado que inventou o maravilhoso pudim de leite?

Figura 1: Pudins de leite.

Fico realmente impressionada quando penso nisso.

Você já tinha pensado nas origens das comidas que você gosta?

Imagina só, como foi a descoberta de que os alimentos podiam ser misturados e assados, cozidos ou fritos?

Enfim, essas pessoas são merecedoras da mais alta admiração e de toda a minha gratidão.

Mas vamos nos ater agora no cozimento dos alimentos.

O que é preciso existir para os alimentos serem cozidos ou fritos, além da imaginação das pessoas?

Pense!

Fogo?

Calor?

Na verdade, os alimentos são cozidos pelo calor, seja o produzido diretamente pelo fogo, por uma resistência elétrica ou pelo micro-ondas.

Vamos ver agora como é o processo de cozimento pelo fogo.

 

 

O cozimento dos alimentos

Primeira coisa, acabei de falar na introdução que precisamos de calor para cozinhar os alimentos. É bom então lembrarmos o que é calor.

O calor é o que chamamos de energia em trânsito, pois ela só existe se houver diferença de temperatura entre dois ou mais corpos ou entre dois ou mais sistemas que interagem entre si.

Assim, não falamos em calor de um corpo ou de um sistema, mas sim, em quantidade de calor que o corpo perde ou ganha em suas interações com os outros corpos.

Vamos pensar agora no calor que a comida recebe enquanto cozinha.

Antes de começarmos a cozinhar, por exemplo, o feijão, ele está frio dentro da panela fria junto com todos os temperos.

Aí colocamos a panela no fogão e ligamos o fogo.

Ok, o calor irá fluir do fogo para a panela e da panela para o feijão.

Como ele flui nesse processo?

Principalmente por condução através dos contatos; primeiro da chama para a grade do fogão, depois da grade do fogão para a panela e por fim da panela para o feijão.

Na ​condução térmica a transferência de energia se dá entre átomos próximos ou vizinhos, indo sempre da região de maior temperatura para a de menor temperatura.

Isso ocorre assim porque o recebimento de calor aumenta a energia de vibração dos átomos, fazendo com que eles se choquem cada vez mais uns contra os outros. No final do processo, todos os átomos estarão vibrando com maior energia e intensidade.

Figura 2: Panela sendo aquecida no fogo.

Mas, como podemos observar na figura acima, existe também um pouco de troca de calor pela convecção do ar que está entre o fogo e a panela (ilustrado pelas flechas); porém a forma principal de troca é a condução.

O fato de a grade do fogão e a panela serem de metal faz com que eles sejam muito bons condutores de calor, tornando a condução muito eficiente.

Aí o feijão aquece rapidamente.

Depois de um tempo percebemos que ele começa a ferver e eu te pergunto, como o calor que o feijão recebeu da panela chegou a todas as partes do feijão?

Pense!

Pelo processo de convecção.

O feijão que está na camada mais baixa dentro da panela esquenta primeiro, isso faz com que sua densidade fique menor do que a densidade da camada de feijão que está acima.

O que acontece?

Eles trocam de lugar.

A parte com menor densidade e mais quente sobe; a parte mais densa e mais fria desce.

Se a panela estiver destampada, a camada que subiu perde calor para o ar do ambiente, esfriando ligeiramente.

A camada que desceu recebe calor do fundo da panela, esquentando ligeiramente e ficando menos densa.

E então elas trocam novamente de lugar.

Isso acontece de maneira contínua (e demorada no caso do feijão).

Então, enquanto deixamos o feijão cozinhando na panela, vamos pensar no pudim que será assado no forno. (Estou começando a desconfiar que tenho uma segunda intenção com esse artigo, a de despertar a sua ou a minha fome. Será?).

O processo de cozimento de alimentos no forno é diferente do processo que ocorre na boca do fogão. Não é à toa que falamos que o forno assa os alimentos, enquanto que o fogo da boca cozinha.

O processo de cozimento do pudim ocorre principalmente pela irradiação térmica. O mesmo processo usado para assar pizza ou pão, ou para fazer churrasco.

Pronto!

Podemos concluir que o calor possibilitou a produção dessas delícias todas e mais, para nossa felicidade!

Exercícios para fixação

01) Selecione a alternativa que supre as omissões das afirmações seguintes:

I - O calor do Sol chega até nós por _________________________.

II - Uma moeda bem polida fica __________ quente do que uma moeda revestida de tinta preta, quando ambas  são expostas ao sol.

III - Numa barra metálica aquecida numa extremidade, a propagação do calor se dá para a outra extremidade por  ________________________.

a) radiação - menos - convecção.

b) convecção - mais - radiação.

c) radiação - menos - condução.

d) convecção - mais - condução.

e) condução - mais - radiação.

02) No inverno, usamos roupas de lã baseados no fato de a lã:

a) ser uma fonte de calor.

b) ser um bom absorvente de calor.

c) ser um bom condutor de calor.

d) impedir que o calor do corpo se propague para o meio exterior.

e) n.d.a

03) Julgue as afirmações a seguir:

I – A transferência de calor de um corpo para outro ocorre em virtude da diferença de temperatura entre eles;

II – A convecção térmica é um processo de propagação de calor que ocorre apenas nos sólidos;

III – O processo de propagação de calor por irradiação não precisa de um meio material para ocorrer.

Estão corretas:

a) Apenas I b) Apenas I e II

c) I, II e III   d) I e III apenas;

e) Apenas II e III.

04) Sobre os processos de propagação de calor, analise as alternativas a seguir e marque a incorreta:

a) a convecção é observada em líquidos e gases.

b) a condução de calor pode ocorrer em meios materiais e no vácuo.

c) o processo de propagação de calor por irradiação pode ocorrer sem a existência de meio material;

d) o calor é uma forma de energia que pode se transferir de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles.

e) O processo de convecção térmica consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido em razão da diferença de densidade entre as partes do fluido.

05) Por que você pode manter seus dedos lateralmente próximos da chama de uma vela, mas não consegue fazer o mesmo com os dedos mantidos acima da mesma chama?

06) Você deseja aquecer água contida num recipiente cilíndrico de grande altura, e dispõe para isso de um aquecedor elétrico de imersão. Em que posição deve colocá-lo dentro da água: embaixo, no meio ou no alto do recipiente? Justifique sua resposta.

07) Pilotos de planadores e de asa-delta vivem correndo atrás das “correntes ascendentes”. O que são e como são formadas essas correntes?

08) Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio, cada uma contendo 330 mL de refrigerante, são mantidas em um refrigerador pelo mesmo longo período de tempo. Ao retirá-las do refrigerador com as mãos desprotegidas, tem-se a sensação de que a lata está mais fria do que a garrafa. É correto afirmar que:

A) a lata está realmente mais fria, pois sua temperatura é menor que o da garrafa.

B) a lata está de fato menos fria do que a garrafa, pois o vidro possui condutividade menor que o alumínio.

C) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do alumínio ser maior que a do vidro.

D) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do vidro ser maior que a do alumínio.

09) Do que já estudamos ou se necessário pesquise?

A) Quais sāo as principais fontes renováveis que o Brasil possui?
B) O que sāo fontes renováveis e nāo renováveis? Exemplos.
C) Como funcionam as fontes de energia renováveis?
D) Foi solicitado na última aula presencial, um relatório da vídeo aula assistida em sala, sobre energia renováveis.