Ciências 9º ano
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- INTEGRANDO IDEAS 1.
- Fig. 2 (p. 162)
- Fig. 4 (p. 162)
- Para saber mais Roupas como proteção
- Fig. 6 (p. 162)
- Tipos de máquinas térmicas
- Página 164 A máquina a vapor de Watt
- Página 165 Quantidade de calor e capacidade térmica
Um dos aspectos interessantes ao estudar o desenvolvimento de um conceito é que, muitas vezes, ele se inicia com uma hipótese que, em certo momento, foi capaz de explicar uma série de fenômenos.
No entanto, novos dados que não são explicados pela hipótese podem surgir. Nesse caso, ela pode sofrer adaptações, como no caso do “calórico”, até o momento em que ela passa conter inúmeras contradições que a invalidam. Calor e trabalho [...] [No início] da Revolução Industrial, o tema do calor começava a despertar o interesse de muitos setores da Física e várias razões ajudaram a por [...] [de lado] a hipótese do calórico, admitindo-se que a temperatura de um corpo, noção intimamente ligada à do calor, seria uma consequência da maior ou menor agitação das moléculas constituintes desse corpo. Destacam-se, entre outros, os sucessivos trabalhos de Benjamin Thompson [...], James Prescott Joule (1818-1889) físico britânico, Julius Robert von Mayer (1814-1878), médico e físico alemão, e [...] Rudolf Julius Emmanuel Clausius (1822-1888). Thomson [...] investigou experimentalmente, por volta de 1798, a produção de calor por atrito numa fábrica de canhões em Munique. Essas experiências consistiram em fazer rodar uma peça metálica sobre outra, ambas mergulhadas num recipiente com água, podendo assim medir a elevação da temperatura da água, resultante do calor produzido pelo atrito entre as peças. Verificou que levando a água à ebulição [...] o processo poderia continuar enquanto as peças se movessem uma sobre outra. Verificou ainda que não se produzia qualquer alteração do peso2 dos corpos. Das conclusões que tirou, [...] [Thompson] publicou [...] um artigo [...], afirmando: “aquilo que um corpo isolado ou um sistema de corpos pode continuar a fornecer sem limitação não pode ser uma substância material” [...] Joule [...] estudou as relações entre a eletricidade e o calor, de que resultou a conhecida Lei de Joule, tendo depois desenvolvido a clássica experiência na qual demonstrou que o trabalho se converte em calor. [...] Fig. 1 (p. 161) Representação esquemática de um dos experimentos de Joule. A câmara A foi preenchida com ar e a câmara B foi mantida no vácuo. Com a abertura da válvula, esperava-se, pela teoria do calórico, que a temperatura caísse. No entanto, não foi observado mudança de temperatura. Paula Radi/ID/BR A B Válvula Deve-se no entanto a Mayer, em 1840, o primeiro enunciado claro da equivalência entre calor e trabalho [...] Todavia, como o seu trabalho fora realizado a partir de observações médicas, e não num laboratório de física, foi de início amplamente ignorado pela comunidade científica, não lhe reconhecendo credibilidade, embora tenha sido publicado numa revista de mérito [...], em 1842. [...] Só muito mais tarde as teorias de Mayer vieram a ser reconhecidas [...]. Mas [...] [a] essa altura havia surgido uma disputa, sobre a prioridade das descobertas de Joule e Mayer, disputa de contornos mais nacionalistas que científicos, uma vez que as pátrias dos dois cientistas se rivalizavam politicamente. [...] Armando A. de Sousa e Brito. “Flogisto”, “calórico” e “éter”. Ciência e Tecnologia dos Materiais, v. 20, n. 3 e 4, 2008. Disponível em: INTEGRANDO IDEAS 1. Que propriedades o calórico apresentava? 2. O texto menciona que Joseph Black foi fundamental para explicar a distinção entre calor e temperatura. Qual é essa diferença? 3. Na sua opinião, podemos acreditar que a ciência é imparcial, ou seja, neutra? Justifique sua resposta. Página 162 Isolantes e condutores térmicos As diferentes substâncias não propagam calor de forma igual. Alguns materiais, como os metais, propagam rapidamente o calor ao longo de toda a sua estrutura, e por isso são chamados de condutores térmicos. Outros materiais, como a madeira, não apresentam essa propriedade. Se a ponta de um pedaço de madeira for aquecida, a outra extremidade não sofre alterações significativas de temperatura. Essas substâncias, que dificultam a propagação ou dissipação de calor, são denominadas isolantes térmicos. Condutores térmicos Cobre
Fig. 1 (p. 162) Igor Dmitriev/Dreamstime.com/ID/BR Alumínio
Yap Kee Chan/Dreamstime.com/ID/BR Isolantes térmicos Madeira
Fig. 3 (p. 162) Aquariagirl1970/Dreamstime.com/ID/BR Isopor
Alterfalter/Shutterstock/ID/BR Para saber mais Constituição dos melhores isolantes térmicos O ar confinado, ou seja, sem movimento e preso em certos volumes, é um bom isolante térmico. Nessa condição, o ar é um dos constituintes do isopor e dos agasalhos feitos de lã. Nesse caso, a trama da lã cria pequenas câmaras onde o ar fica preso e ajuda a isolar nosso corpo da perda de calor para o ambiente em dias com baixas temperaturas. Fig. 5 (p. 162) Roman Sigaev/Shutterstock.com/ID/BR As roupas de inverno não esquentam, mas impedem a saída de energia térmica do corpo, dando a sensação de aquecimento.
As imagens mostram pessoas de diferentes lugares com roupas típicas e bem parecidas. As roupas são mais do que um adereço do corpo. Elas são usadas pelos seres humanos desde a pré-história como proteção contra o frio, a perda de água e a incidência de raios solares. Para as pessoas que vivem no Brasil, dia quente é sinônimo de roupas leves, como bermudas, camisetas sem mangas e sapatos abertos. No entanto, em muitos lugares quentes, o aumento de temperatura significa colocar mais roupas e adereços de proteção. No Vietnã, é comum as pessoas usarem um chapéu de abas largas, máscaras no rosto, luvas e calças compridas para proteger a pele das queimaduras dos raios solares. Os povos que vivem em regiões desérticas usam roupas de lã com diversas camadas, que cobrem também o rosto. Essas roupas agem como um isolante térmico, fazendo a temperatura ao redor do corpo permanecer constante e abaixo da temperatura ambiente. Fig. 6 (p. 162) Glowimages RF/Glowimages Mulheres usam chapéu tradicional nas ruas do Vietnã.
Typhoonski/Dreamstime.com/ID/BR Morador de uma região desértica usa vestimenta indicada para esse tipo de lugar.
As máquinas foram usadas inicialmente na extração de carvão das minas e, em seguida, no transporte e na produção de bens de consumo. O processo de desenvolvimento, compreensão e aprimoramento desses instrumentos deu origem a um conjunto de conhecimentos organizados chamado de termodinâmica. As máquinas transformam energia térmica em movimento que realiza trabalho sobre o meio externo ou que sofre o trabalho deste. A parte mais importante de qualquer máquina térmica é o pistão, que consiste em um êmbolo preso a um eixo dentro de um cilindro. O pistão é movimentado pela dilatação ou contração de um gás, dependendo se este recebe ou perde calor.
As máquinas térmicas transformam a energia térmica em energia mecânica, mas diferem quanto à forma de obtenção dessa energia térmica. As mais comuns são a máquina a vapor, o motor a explosão e o refrigerador. Máquina a vapor Os trens antigos, chamados popularmente de maria-fumaça, são exemplos de máquina a vapor. A fumaça expelida é decorrente da queima de carvão ou lenha para aquecer a água armazenada na caldeira. Toda máquina a vapor é constituída por um pistão preso a um eixo por meio do qual o movimento é transmitido a uma roda, fazendo-a girar. Depois de interagir dentro do cilindro, o vapor-d’água é expelido por uma válvula de escape.
Na caldeira, a água aquecida produz vapor, que é transportado para o cilindro e movimenta o pistão. Essa peça movimenta o eixo ligado à roda, que transmite seu movimento. Esse tipo de motor transforma a energia térmica em movimento. Ilustrações: Reinaldo Vignati/ID/BR movimento roda eixo
pistão cilindro
vapor caldeira
água combustível Página 164 A máquina a vapor de Watt A primeira máquina a vapor foi inventada e divulgada em 1712, na Inglaterra, por Thomas Newcomen (1663-1729), com a finalidade de bombear água, principalmente dos alagamentos nas profundas minas de carvão. Essa máquina utilizava o vapor-d’água produzido em uma caldeira aquecida com a queima de carvão A partir de 1757, admitido na Universidade de Glasgow (Escócia), James Watt (1736-1819) conseguiu pesquisar formas de aprimorar a máquina a vapor de Newcomen. Watt descobriu que seria necessário aumentar a temperatura do vapor e depois baixá-la bruscamente, quando esse gás se expandisse.
Conservatório de Artes e Ofícios, Paris. Fotografia: The Bridgeman Art Library/Getty Images Réplica da máquina a vapor de James Watt. Depois de vários testes, a máquina de Watt foi submetida ao teste definitivo, quando drenou uma mina alagada em apenas dezessete dias, trabalho que costumava levar meses para ser completado. Mas James Watt queria e conseguiu que sua máquina fosse utilizada em várias tarefas, da movimentação de elevadores em minas profundas à realização de trabalhos de grande esforço, que antes necessitavam da força de cavalos. Por isso, o aperfeiçoamento da máquina a vapor de Watt, que muito se assemelhava às máquinas atuais, foi de grande importância para acelerar o processo de industrialização e contribuiu, ainda, para o desenvolvimento dos transportes.
As máquinas refrigeradoras, como a geladeira, conseguem retirar a energia térmica da parte interna da geladeira e transportá-la para o exterior. Isso é feito pelos tubos localizados na parte de trás da geladeira, e é por isso que essa região fica um pouco mais quente que o ambiente. A parte interna da geladeira apresenta temperatura inferior à do ambiente que a cerca graças à circulação de um fluido (ora gás, ora líquido) em tubos fechados, localizados entre as suas paredes internas e externas. Fig. 2 (p. 164) A geladeira pode ser considerada uma máquina a vapor invertida, já que utiliza a energia de movimento do motor para fazer o gás circular na tubulação e, assim, trocar calor com o interior da geladeira. Reinaldo Vignati/ID/BR capilar
condensador evaporador gás compressor O motor da geladeira é um compressor, isto é, ele comprime o gás que circula dentro de uma tubulação em um ciclo fechado. Essa tubulação está em contato com o ambiente externo e o interior da geladeira. O gás está a uma temperatura superior à do ambiente que o cerca, portanto perde calor para o exterior. Na entrada da tubulação para o interior da geladeira, o tubo é muito estreito. No interior da geladeira, o diâmetro da tubulação é maior, o que diminui sensivelmente a temperatura do gás, deixando essa região com temperatura menor. O gás continua percorrendo a tubulação e recebe energia térmica do exterior. Em seguida, ele segue para o compressor, onde o ciclo recomeça. Página 165 Quantidade de calor e capacidade térmica Em algumas situações, como no consumo de alimentos ou na interação de um corpo com o ambiente, ocorre a transferência de energia. Essa quantidade de energia em trânsito é medida como quantidade de calor, indicada pela letra Q. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é medida em joules (J); no entanto, é muito comum expressar a quantidade de calor em caloria (cal). 1 cal ≅ 4,2 J Observe a tabela de informações nutricionais ao lado. Perceba que o valor energético de uma porção de 50 gramas de arroz cru é expresso em kcal (quilocaloria) ou kJ (quilojoule), –170 kcal ou 714 kJ.
Reprodução de uma tabela de informações nutricionais de alimento. Reinaldo Vignati/ID/BR TABELA DE INFORMAÇÕES NUTRICIONAIS Porção de 50 g (1/4 de xícara de arroz cru) Quantidade por porção % VD (*) Valor Energético 170kcal/714kJ 9% Carboidratos 40,0 g 13% Proteínas 3,0 g 4% Gorduras Totais 0 g 0% Gorduras Saturadas 0 g 0% Gorduras Trans 0 g 0% Fibra Alimentar 1,0 g 4% Sódio 0 mg 0% (*) Valores diários com base em uma dieta de 2000 kcal ou 8400 kJ. Fonte: ANVISA. Seus valores diários podem ser maiores ou menores dependendo de suas necessidades. Não contém glúten. Para obtermos o valor em calorias ou em joules, devemos multiplicar o valor informado por 1000. Assim, 50 g de arroz cru fornecem 170000 calorias ou 714000 joules de energia ao nosso organismo. Capacidade térmica Nos corpos há uma relação direta entre a variação de temperatura e a quantidade de calor responsável por essa variação. Essa relação é chamada de capacidade térmica do corpo, indicada por C. Ela é definida como a quantidade de calor (Q) necessária para variar a temperatura do corpo em 1 °C ou 1 K. A capacidade térmica é definida pela equação abaixo. 
A unidade de medida padronizada para capacidade térmica pelo SI é J/K, mas é comum expressá-la em cal/°C. A capacidade térmica de 1 L de água é 1000 cal/°C. Isso significa que são necessárias 1000 calorias para variar a temperatura de 1 L de água em 1 °C. A capacidade térmica depende da massa e do material que constitui o corpo, ou seja, 1 kg de ferro e 1 kg de alumínio recebendo a mesma quantidade de calor sofrerão variações de temperatura diferentes. Da mesma forma, quando se fornece a mesma quantidade de calor para corpos de mesmo material com massas diferentes, as variações de temperatura também serão diferentes.
A água é uma substância de capacidade térmica bastante elevada. Isso faz com que ela seja um excelente agente regulador de temperatura. Para descobrir como a água ajuda a manter a temperatura do corpo humano estável, acesse o site: Yüklə 304,33 Kb. Dostları ilə paylaş:
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