Atualização dos Conteúdos do Enem

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Atualização dos
Conteúdos do
Enem – Física

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Energia Térmica em trânsito devido a
diferença de temperatura entre corpos.
Costuma-se dizer que calor é
ENERGIA TÉRMICA EM MOVIMENTO.
 Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente
do corpo de MAIOR temperatura para o corpo
de MENOR temperatura.
Calor
Imagem: Valo / Creative Commons Atribuição
2.5 Genérica

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Físico, Químico e Médico
escocês, evidenciou-se no seu
trabalho sobre Termodinâmica,
sendo o primeiro a distinguir Calor
de Temperatura. Introduziu a
noção de Calor Específico e de
Calor Latente. É considerado,
juntamente com Cavendish e
Lavoisier, um dos pioneiros da
Química Moderna.
Joseph Black (1728 –
1799)
Imagem: James Heath (engraver) after Henry
Raeburn / Domínio Público

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Por meio de experimentos nos
quais misturava substâncias a
diferentes temperaturas, observou
que os resultados não condiziam
com as teorias da época, que
apontavam o calor como uma
substância fluida (chamada de
calórica) presente na matéria.
XAVIER, Claudio & BENIGNO, Barreto. Física aula por aula. Volume 2. FTD. 1ª ed. 2010.
Imagem:
James
Heath
(engraver)
after
Henry
Raeburn
/
Domínio
Público
Joseph Black (1728 –
1799)

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Calor que produz variação de temperatura sem que o
estado físico da matéria seja alterado.
Calor Sensível
Ex.: Quando colocamos
algo para aquecer no fogo,
estamos aumentando sua
temperatura.
Charge disponível no link: http://3.bp.blogspot.com/-
ksA8bKowSVk/T9MppBkJepI/AAAAAAAAKDY/x6Z97-RnG1w/s1600/aquecimento-
global+7.jpg
Imagem: GRAN / GNU Free Documentation License

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A energia é medida em joules (J) no (S.I.). Como
o calor também é uma forma de energia, possui
a mesma unidade. Por motivos históricos e
práticos, também usamos outra unidade, a
caloria (cal).
Unidade de medida de
Calor
1 cal = 4,18 J

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Quantidade de calor necessária
para elevar em 1ºC a temperatura
de um corpo.
Capacidade Térmica
Equivale ao quociente entre a
quantidade de calor recebido ou
cedido pelo corpo e a
correspondente variação de
temperatura.
Exemplo:
46ºC
26ºC
Neste caso, temos:
Logo:
Esse resultado nos indica que, para variar a
temperatura desse corpo em 1 ºC,
precisaremos fornecer a ele 2 cal.

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Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de
uma unidade de massa de um corpo.
Calor Específico
http://d1gnq2svmchsi4.cloudfront.net/wp-content/uploads/2012/02/cryoscope.jpg
Exemplo:
Esse resultado nos indica que, para variar a
temperatura de 1 g do material que compõe
esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a
ele 0,5 cal.
Nesse caso, temos:
Logo:
27ºC
26ºC

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Equação Fundamental da Calorimetria
Como
Temos que:
Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é
DIRETAMENTE PROPORCIONAL
1. à Massa (m) do corpo  Quanto maior a massa do corpo, maior a
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
2. ao Calor Específico (c)  Quanto maior o calor específico, maior a
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
3. à Variação de Temperatura (∆T)  Quanto maior a variação de
temperatura que se deseja obter de um corpo, maior a quantidade de
calor que se deve fornecer.

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No deserto, durante o
dia, a temperatura
atinge valores muito
elevados; situação que
se inverte à noite, com
temperaturas bem
baixas.
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Curiosidade

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A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o
que a faz aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar
facilmente à noite. Por isso, as temperaturas variam muito.
Curiosidade
A explicação dessa variação se
baseia no conceito de calor
específico.
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons
Attribution 2.0 Generic

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1 Cal = 1000 cal
Curiosidade
A “Caloria” utilizada por médicos
e nutricionistas é, na realidade, a
quilocaloria (1 kcal = 1000 cal),
também chamada Grande Caloria.
Imagem: Glane23 / GNU Free Documentation
License

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Curiosidade
Brisa Marítima X Brisa Continental
Por que, quando estamos na praia durante o dia,
percebemos que os ventos sopram da água para a
praia e à noite esse sentido é invertido?
Imagem: Tó campos1 / Domínio Público

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Durante o dia, a temperatura da terra se
eleva mais rapidamente que a da água.
Isso acontece porque o calor específico da
água é maior que o da terra. Ou seja, é
necessário maior quantidade de calor para
elevar a temperatura de certa massa de
água que elevar a temperatura da mesma
massa de areia. As camadas de ar que
estão em contato com a areia se aquecem
mais, ficam menos densas e sobem. Seu
lugar é ocupado pelo ar frio que está em
contato com a água. Surge assim uma
brisa do mar para a praia (Brisa Marítima).
Dia
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o ar se esfria e desce
AR DE ALTA
PRESSÃO
AR DE BAIXA
PRESSÃO
o ar é mais frio
sobre o mar
e se move em
direção ao continente
o ar se aquece no
continente e sobe

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À noite, o movimento se inverte. Devido, ainda, aos diferentes
valores de calores específicos, a terra esfria mais rapidamente. A
água demora mais para esfriar. Assim, à noite, o ar mais quente é o
que está em contato com a água. Por ser menos denso, ele sobe,
dando lugar ao ar mais frio que está em contato com a praia.
Produz-se então a brisa da terra para o mar (Brisa Continental ou
Brisa Terrestre).
Noite
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o ar se esfria em altitude
e desce
AR DE BAIXA
PRESSÃO
AR DE ALTA
PRESSÃO
o ar mais frio sobre o continente se
desloca em direçáo ao mar
o ar mais aquecido
sobre o mar sobe

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Recipiente termicamente isolado
que evita troca de calor entre o seu
conteúdo e o meio externo.
Em princípio, um calorímetro ideal
não deveria trocar calor com os
corpos de seu interior, mas na
prática isso ocorre. Portanto, em
alguns casos, vamos considerar a
capacidade térmica do calorímetro
no equacionamento da troca de
calor.
Imagem: Akshat Goel / Creative Commons Attribution-
Share Alike 3.0 Unported
Calorímetro

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A garrafa térmica é um tipo de
calorímetro.
Calorímetro
Com a finalidade de isolar termicamente o
conteúdo de uma garrafa térmica do meio
ambiente, adotam-se os seguintes
procedimentos:
• As paredes internas são feitas de vidro, que,
por ser mau condutor, atenua a troca de
calor por condução;
• as paredes internas são duplas, separadas
por uma região de vácuo, cuja função é
evitar a condução do calor que passa pelas
paredes de vidro.
Imagem: Henna / Creative Commons
Attribution-Share Alike 1.0 Generic

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• O vidro de que são feitas as paredes internas da
garrafa é espelhado, para que o calor radiante seja
refletido, atenuando assim as trocas por irradiação.
• Para evitar as possíveis trocas de calor por
convecção, basta fechar a garrafa, pois dessa
forma as massas fluidas internas não conseguem
sair do sistema.
• É evidente que não existe o isolamento térmico
perfeito; assim, apesar dos cuidados citados, após
um tempo relativamente grande (várias horas), o
conteúdo da garrafa térmica acaba atingindo o
equilíbrio térmico com o meio ambiente.
A garrafa térmica é um tipo de
calorímetro.
Imagem:
Henna
/
Creative
Commons
Attribution-Share
Alike
1.0
Generic
Calorímetro

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Trocas de calor
Num sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo,
a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero.
Para um sistema de n corpos, escrevemos:
No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o
calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos
corpos com o ambiente.

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Exercício 02
(FUVEST-SP) Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber
toda energia térmica liberada por 1000 g de água que
diminuem a sua temperatura de 1°C, sofre um
acréscimo de temperatura de 10°C. O calor específico
do bloco, em cal/g.°C, é: (Adote: cágua: 1,0 cal/g.°C)
a) 0,2
b) 0,1
c) 0,15
d) 0,05
e) 0,01

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Sabemos que:
Resolução
Como todo calor liberado pela
água vai ser aproveitado para
aquecer o bloco, temos que:

Substituindo os valores,
obtemos:


Resposta: d)

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Exercício 03
(FATEC-SP) Um frasco contém 20 g de água a 0°C. Em
seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a
80°C. Os calores específicos da água e do alumínio são
respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C.
Supondo não haver troca de calor com o frasco e com o
meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa
mistura será:
a) 60°C
b) 16°C
c) 40°C
d) 32°C
e) 10°C

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Resolução
Sabemos
que:
Como não vai haver troca de calor
com o meio externo, temos que:
Substituindo os valores, obtemos:



 

Resposta: b)


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Exercício 04
a) o corpo maior é o mais quente.
b) o corpo menor é o mais quente.
c) não há troca de calor entre os corpos.
d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.
e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.
(FEI-SP) Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em
contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio
ambiente, pode-se dizer que:
Resolução
Como os corpos estão em equilíbrio térmico, não vai existir calor,
visto que CALOR É A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO devido a
diferenças de temperatura entre os corpos.
Resposta: c)

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Exercício 05
(PUC-SP - Modificada) É preciso
abaixar de 3°C a temperatura da
água da bacia, para que o nosso
amigo possa tomar banho
confortavelmente. Para que isso
aconteça, quanto calor deve ser
retirado da água?
O caldeirão contém 10 kg de água
e o calor específico da água é 1
cal/g°C.
a) 20 kcal
b) 10 kcal
c) 50 kcal
d) 30 kcal
e) Precisa-se da temperatura inicial da água para determinar
a resposta.
Imagem: Richfife / Domínio Público

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Resolução
Sabemos que:
Da equação geral da calorimetria, temos
Resposta: d)
Substituindo os valores, obtemos:

O sinal negativo indica que o
calor foi retirado da água.

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