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O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Produção Didático-Pedagógica

Versão Online ISBN 978-85-8015-053-7Cadernos PDE

VOLU

ME I

I

PRODUÇÃO DIDÁTICO-PEDAGÓGICA

UNIDADE DIDÁTICA

APLICAÇÕES DA TERMODINÂMICA NA COZINHA

Área: FÍSICA

Professor PDE: MARIA ILDA TANAKA

IES: UEM / FAFIPA

Professor orientador: SHALIMAR CALEGARI ZANATTA

Agosto – 2010

SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO SUPERINTENDÊNCIA DA EDUCAÇÃO PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO

EDUCACIONAL - PDE

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IDENTIFICAÇÃO

Professor PDE: MARIA ILDA TANAKA

Área PDE: FÍSICA

NRE: PARANAVAÍ

Professor Orientador IES: SHALIMAR CALEGARI ZANATTA

IES vinculada: UEM/FAFIPA

Escola de Implementação: Colégio Estadual Enira Moraes Ribeiro

Público objeto da intervenção: alunos do 2º e 3º ano do Ensino Médio e Curso Técnico em

Alimentos TEMA DE ESTUDO DO PROFESSOR PDE: TERMODINÂMICA APLICADA TÍTULO: APLICAÇÕES DA TERMODINÂMICA NA COZINHA

APRESENTAÇÃO

O presente trabalho refere-se à Produção Didático- Pedagógica que faz parte do

PDE – Programa de Desenvolvimento Educacional, ofertado pela Secretaria de Estado de

Educação do Paraná, aos professores da Rede Pública do estado. Ele foi elaborado com base no

Projeto de Intervenção Pedagógica “Aplicações da Termodinâmica na cozinha”, em que

buscaremos versar sobre alguns conceitos e princípios físicos através da observação de

fenômenos ou instrumentos diários que utilizam conceitos da Termodinâmica, tais como:

termômetro, garrafa térmica, panela de pressão, forno de microondas, a formação das brisas

marítimas, o efeito estufa, posição do congelador da geladeira, o fenômeno da radiação

verificado quando nos aproximamos de uma chama ou ficamos expostos ao Sol, etc.

Abordaremos também a questão do congelamento dos lagos, sobre a posição dos aquecedores

de ambiente, o uso de roupas de lã no inverno, da fabricação das panelas, etc. Pensamos em

relacionar os conceitos físicos com a sua aplicação na cozinha, pois a mesma é um ambiente de

fácil acesso, muito utilizado por todos e que possibilita tratar sobre diversas questões

relacionadas ao cotidiano dos estudantes. Além disso, é um local onde podemos desenvolver

um ensino contextualizado, visando relacionar os conteúdos adquiridos, em sala de aula, com o

contexto diário dos alunos.

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CONTEÚDO

O conteúdo de Termodinâmica apresentado nesta Unidade será trabalhado de forma

lúdica, prazerosa, através de atividades experimentais, tendo um caráter experimental e

investigativo. Os estudos da Termodinâmica podem ser desdobrados a partir das suas Leis,

onde aparecem conceitos como temperatura, calor e as primeiras formulações da conservação

de energia.

ATIVIDADE 1 – Um pouco da História da Termodinâmica

OBJETIVO: Compreender um pouco da história e evolução dos conceitos e ideias da

Termodinâmica como possíveis pontos de partida para construção do conhecimento.

ENCAMINHAMENTO DA ATIVIDADE

1 – Vamos nos reunir em grupo de no máximo 5 alunos e pesquisar em livros, internet, e outros

materiais um pouco da História da Termodinâmica. O que é a Termodinâmica, qual o

significado da palavra, qual a sua origem, quais os fatos mais importantes relacionados com o

desenvolvimento da Termodinâmica?

2 – Após a realização da pesquisa os dados obtidos serão apresentados ao grande grupo em

forma de seminário.

ATIVIDADE 2 – Identificar objetos e fenômenos que envolvem os conceitos de calor e

temperatura

OBJETIVO: Incentivar os alunos a identificarem fenômenos, fontes e sistemas que envolvem

SERÁ QUE CALOR E TEMPERATURA SÃO A MESMA COISA?

4

calor para explicar a participação do mesmo nos processos naturais ou tecnológicos.

Levar os alunos a perceber a constante presença da energia, denominada calor em nosso dia-a-

dia.


1 - Estamos sempre utilizando a palavra “calor” em diversas ocasiões no nosso dia-a-dia. Para

iniciarmos nosso estudo relacionados com fenômenos térmicos, escreva em seu caderno

algumas frases típicas que você diz quando deseja falar algo relacionado ao calor ou ao frio.

Apresente para a turma as frases que você escreveu. Relacione quais coisas ou fenômenos

estão associados a cada frase.

2 – Agora, em grupo de no máximo 5 alunos, dêem uma olhada à sua volta e digam que

elementos, na sua opinião, têm alguma relação com o calor ou com temperatura. Façam uma

lista de pelo menos 10 elementos, processos ou situações que estão relacionadas com o calor

ou com temperatura.

3 – Quais características ou qualidades dos elementos que vocês listaram os associa a

processos térmicos?

4 – Reorganizem a sala em um grande grupo e encontrem algo em comum entre o que foi

citado, de modo que possam ser agrupados. (Dar um certo tempo para que eles possam fazer o

agrupamento de acordo com o que eles propuserem).

5 – Como sugestão podemos classificar todos os elementos que vocês listaram em três

categorias: I) substâncias e materiais; II) processos, fenômenos e conceitos; III) máquinas,

aparelhos e sistemas naturais.

Monte uma tabela para ilustrar a classificação dos elementos com base nesses três critérios.

Substâncias e

materiais

Processos, fenômenos e

conceitos

Máquinas, aparelhos e

sistemas naturais

Esta classificação é utilizada no material do GREF. Pode-se estabelecer outras formas de

categorização.

Neste momento, a ideia dessa atividade é fazer com que surjam condições para que

a Física Térmica seja tratada como um instrumento de compreensão do mundo.

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Agora que já vimos que o calor é “algo” profundamente ligado a todos os processos

naturais e artificiais que estão à nossa volta, e que direta ou indiretamente, ele está sempre

presente no nosso cotidiano, vamos iniciar o estudo da Física Térmica partindo da discussão de

fenômenos, fontes e sistemas que envolvem a troca de calor.

ATIVIDADE 3 – O Calor pedindo passagem

OBJETIVO: Discutir sobre o uso dos termos “calor” e “frio”, para introduzir o conceito de

calor.


1 – Propor aos alunos que façam a leitura do texto Um “Interrrogatório” com o calor , do

livro Física Um outro lado – Calor e Temperatura.

2 – Selecionar os alunos para realizarem a interpretação teatral do texto proposto, onde o frio e

o calor são colocados no banco dos réus, frente a frente, mas... Veja por que desistimos.

3 – Essa interpretação teatral deverá ser apresentada posteriormente para toda a turma.

Mas...

O que é esse tal de calor???

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Quando um corpo recebe energia térmica, o movimento de suas moléculas torna-se

mais intenso, passam a se agitar mais intensamente. Ao perder energia, ocorre diminuição do

movimento molecular, as moléculas do corpo se agitam com menor densidade. Podemos

considerar a temperatura de um corpo como a medida do grau de agitação de suas

moléculas.

T1 T2

Como exemplo, tomemos dois corpos A e B, representados na figura, com

temperaturas diferentes T1 e T2, respectivamente, sendo T1 maior que T2, estão em contato,

há um fluxo de calor se transferindo do corpo de maior temperatura para o de menor

temperatura. Ou seja, há uma passagem de energia térmica (calor) do corpo mais quente para o

corpo mais frio, independentemente de suas massas, até que os mesmo atinjam o equilíbrio

térmico. Assim, dois corpos em equilíbrio térmico possuem obrigatoriamente a mesma

Fluxo de calor

B

A

Calor é energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura, sendo sempre transferida do meio mais quente para o meio mais frio. Está associada ao movimento

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temperatura.

O que constitui a lei zero da termodinâmica.

“Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio

entre si”.

Assim, se um corpo A está em equilíbrio com um corpo C, e um corpo B também

está em equilíbrio térmico com um corpo C, os corpos A e B estão em equilíbrio térmico entre

si.

Quando uma pessoa acha que está com febre, a primeira coisa que nós pensamos

em fazer é colocar a mão na testa dela, ou em seu pescoço, e arriscar um diagnóstico. Às vezes

colocamos a mão na nossa testa, ou no nosso corpo para fazer uma comparação.

Será que o nosso tato é um bom instrumento para medir temperaturas?

Vamos fazer uma experiência?

Para esta atividade vamos precisar de 3 vasilhas grandes.

Em uma delas coloque um pouco de água quente. Cuidado para não aquecer demais e se

queimar!

Na outra coloque água da torneira.

E na última coloque água com gelo.

Como proceder:

Coloque as duas mãos na vasilha do meio que contém água da torneira, à temperatura

ambiente; Aguarde alguns instantes.

Mude uma das mãos para a vasilha com água aquecida e a outra na água com gelo. Aguarde

alguns instantes.

Retorne as mãos para o recipiente contendo água da torneira.

Agora responda: o que você sentiu? A sensação em ambas as mãos foi a mesma?

HUMMM! Estou tão quente! Será que estou com febre?

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Se não podemos confiar em nosso tato, o que poderia ser usado para se quantificar o

“quente” ou o “frio”? Como determinar a temperatura de um objeto?

Você já pensou qual será a temperatura de um forno caseiro? E de um forno de uma

siderúrgica? A temperatura do corpo humano e de um peixe?

É difícil tentar responder a essas perguntas, não é mesmo? E como será que se mede

tais temperaturas? Quais os instrumentos utilizados para realizar tais medidas?

ATIVIDADE 4 – Descobrindo temperaturas de diferentes corpos.

OBJETIVO: Fazer estimativas acerca das temperaturas de diferentes corpos

ENCAMINHAMENTO DA ATIVIDADE:

1 – Vamos pesquisar temperaturas de 15 diferentes elementos, quais seus instrumentos de

medida e como fazem tais medições.

2 – Compartilhe com seus colegas o que você pesquisou e discuta sobre os diferentes

instrumentos de temperatura que descobriram.

Como o nosso tato não é um instrumento de medida confiável, com medidas exatas,

precisamos recorrer a um instrumento de medida mais preciso que o nosso tato para medirmos

a temperatura do nosso corpo: o termômetro

E agora, que tal construirmos um termômetro e ver como ele funciona?

ATIVIDADE 5 – Construindo um termômetro

OBJETIVO: Compreender que as propriedades térmicas dos diferentes materiais, podem ser

utilizados como instrumentos de medidas de temperaturas.

MATERIAIS NECESSÁRIOS:

• tubo de ensaio de 20 ml

• Tubo capilar

• Rolha de borracha furada no centro

• Álcool

• Mercurocromo ou corante

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• Conta-gotas

Para calibração: vasilha com água e gelo


1 – Encaixe o tubo capilar na rolha de borracha;

2 – Coloque no tubo de ensaio 10 ml de álcool;

3 – Para colorir o álcool, pingue uma gota de mercurocromo ou corante;

4 – Tampe o tubo de ensaio com a rolha, deixando uma das extremidades do tubo capilar

imersa no álcool;

5 – Segure o tubo de ensaio. Você verá subir uma coluna de álcool no tubo capilar;

6 – Para fazer com que a coluna de álcool desça novamente, resfrie o tubo de ensaio passando

nele um algodão com álcool e sopre-o. Num instante a coluna de álcool vai “despencar” no

tubo capilar;

7 – Vamos calibrar o termômetro. Para isso, coloque-o em uma vasilha com gelo e espere

algum tempo para que se atinja o equilíbrio térmico, ou seja, até que a altura do álcool se

estabiliza. Anote a altura do álcool no tubo capilar, que irá corresponder à temperatura de

equilíbrio com o gelo fundente (0ºC);

8 – Agora, retire o termômetro da vasilha com gelo, segure-o entre suas mãos e espere até que

se atinja novamente o equilíbrio. Anote a nova altura atingida pelo álcool no tubo. Esta altura

corresponderá aproximada à temperatura do nosso corpo (37ºC).

9 – Através desse procedimento, você poderá construir uma escala para o seu termômetro.

Conhecendo dois pontos no tubo associados a duas temperaturas, meça a distância

correspondente ao intervalo de 0ºC a 37ºC e calcule, qual a distância irá corresponder a 1ºC,

indo do 0ºC até onde puder.

Assim, você acaba de construir um termômetro similar aos que compramos na

farmácia. O funcionamento é o mesmo, o que muda é o material .

Podemos agora usar o termômetro que acabamos de construir para medir a

temperatura de outros objetos e até mesmo da temperatura ambiente comparando o resultado

com a temperatura obtida em um termômetro comercial. Observe se a diferença entre ambos é

muito grande. Por que será? Será possível melhorar a sensibilidade e precisão do seu

termômetro? Quais os principais “defeitos” e “qualidades” dele?

E se agora você segurar o pote pela parte vazia. O que acontece com a velocidade

de crescimento da coluna de líquido? Ela subirá mais rápida ou mais lenta do que quando você

segura o pote pela parte cheia de álcool?

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10 – Após o término da atividade escreva um relatório, sintetizando o que você observou e

aprendeu.

ATIVIDADE 6 – Fontes de Calor

OBJETIVO: Identificar quais são as fontes de calor nas casas e nos ambientes freqüentados

pelos alunos.

Diferenciar os materiais que conduzem calor e os materiais isolantes.


1 – Pedir aos alunos que em casa, vá até a cozinha, olhe bem à sua volta e anotem no seu

caderno pelo menos cinco elementos que estão diretamente relacionados ao calor.

2 – Na sala de aula, divididos em grupo de no máximo 5 alunos, observar bem o que anotaram

e responder, para cada uma delas, às seguintes questões:

a) O que produz calor?

b) O que transmite calor?

c) O que retira calor?

d) O que é usado para manter a temperatura?

e) E o frio? Cadê o frio?

3 – Voltando ao grande grupo, no quadro de giz, vá escrevendo os relatos dos alunos

agrupando-os em três categorias:

Fontes de calor Materiais isolantes Materiais condutores

PROPAGAÇÃO DE CALOR

CONDUÇÃO TÉRMICA

Já vimos que, quando objetos de diferentes temperaturas estão em contato, depois

de um certo tempo eles terão a mesma temperatura, ou seja, eles atingem o equilíbrio térmico,

onde um dos objetos cede energia térmica (calor) e o outro recebe, de modo que, no equilíbrio

térmico, a energia térmica e a temperatura dos dois objetos serão iguais.

Então como é que a energia térmica se move? Como ela passa de um objeto para

outro? Melhorando as palavras, como é que o calor se propaga?

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Andando descalça na areia da praça, de repente senti uma sensação de queimadura.

Por que será que isso ocorre? Por uma simples razão: a temperatura do pé estava mais baixa

que a temperatura da areia. Quando colocou o pé na areia, parte da energia térmica contida na

areia passou para o pé, que sofreu um aumento rápido de temperatura, daí essa sensação do pé

estar queimando.

Esse modo de propagação de energia térmica é chamado de condução, e ocorre

sempre que dois corpos de diferentes temperaturas são colocados em contato. Esse é um

processo muito comum de propagação de calor, que ocorre com freqüência no nosso dia-a-

dia.

São chamados de condutores térmicos materiais como o metal, que conduzem o

calor, isto é, que permitem a passagem do calor. Como por exemplo, quando colocamos uma

chaleira com água para aquecer, a chama do fogo fornece energia térmica para o metal da

mesma. O metal, por sua vez, conduz o calor para o interior da chaleira, aquecendo a água que

lá se encontra.

Outro exemplo de condução é o resfriamento da própria água, que ao ser tirada do

fogo sua energia térmica é aos poucos transferida para o ar que está ao seu redor, aquecendo-

o.

Temos também materiais que impedem ou dificultam a passagem do calor. Esses

materiais são chamados de isolantes térmicos.

Por essa razão, o cabo das panelas é feito de material isolante,

normalmente de madeira ou de material plástico, que evita a passagem

do calor do metal da panela para a nossa mão.

Utilizamos caixa de isopor para manter as bebidas geladas. Ele é um material

isolante e dificulta a passagem do calor de fora para dentro. Assim, o ar no interior do isopor

(que está frio por causa do gelo) permanece resfriado por determinado tempo, mantendo as

Panela de metal – condutor e o cabo plástico - isolante

Imagem do próprio autor

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bebidas geladas.

Condução é uma forma de propagação de calor

que necessita de um meio material para ocorrer.

Vamos observar a tabela abaixo e comparar a condutividade de alguns materiais

sólidos. Nessa tabela também tem o coeficiente de um líquido (a água) e de um gás (o ar) com

os quais trocamos calor constantemente.

Substância Coeficiente de

condutividade térmica

(Cal/s.cm.ºC ) [20°C]

ar 0,006 x l0 -3

fibra de vidro 0,0075 x l0-3

poliestireno 0,0075 x l0-3

amianto 0,02 x l0-3

madeira 0,02 x l0 -3

cortiça 0,04 x l0-3

cerâmica 0,11 x l0-3

água 0,15 x l0-3

concreto 0,2 x x l0-3

gelo (a 0°C) 0,22 x l0-3

vidro 0,25 x l0-3

tijolo 0,3 x l0-3

mercúrio 1,97 x l0-3

bismuto 2,00 x l0-3

chumbo 8,30 x l0 -3

aço 11,00 x 10-3

ferro 16,00 x l0-3

latão 26,00 x l0-3

alumínio 49,00 x l0-3

antimônio 55,00 x l0-3

ouro 70,00 x l0-3

cobre 92,00 x l0-3

prata 97,00 x l0-3

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ATIVIDADE 7 – Conduzindo o calor

OBJETIVO: Compreender o processo de troca de calor por condução que ocorre

cotidianamente.

Identificar materiais que são condutores ou isolantes térmicos.


• Fio de cobre de aproximadamente 15 cm de comprimento e de 2 ou 3 mm de diâmetro

• Palito de madeira

• Vela

• Fósforo

• Papel alumínio para enrolar o local onde o fogo entrará em contato com o palito de

madeira

• Haste metálica com prendedor


1 – Fixe o fio de cobre e o palito, cada um em uma haste metálica com prendedor, a uma certa

altura da chama da vela.

2 – Pingue algumas gotas de vela sobre o fio e sobre o palito, com espaçamentos

aproximadamente iguais.

3 – Espere alguns segundos para que a parafina (vela) endureça sobre a superfície do fio e do

palito.

4 – Acenda a vela na extremidade do fio e do palito.

Observe e responda:

1. As gotas de vela cairão primeiro do fio de cobre ou do palito de madeira?

2. 2. Todas as gotas cairão ao mesmo tempo?

3. 3. Qual delas cairá primeiro? A que está próxima da vela ou próxima da haste?

4. Por que isso acontece?

5. Relate acontecimentos ou fenômenos que você observa em seu dia-a-dia que parecem

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estar relacionados com este experimento.

Mais uma sobre condução:


• Haste metálica com prendedor

• Vela

• Lamparina

• Três pedaços de arame de 35 cm (1 a 2mm de diâmetro), de diferentes materiais (cobre,

ferro, alumínio).


1 – Pegue os três pedaços de arame, junte-os torcendo até atingirem 15 cm;

2 – Abrem-se as suas extremidade livres em forma de leque e fixe a parte retorcida no

prendedor da haste metálica;

3 – Pingue um pouco de parafina em cada uma das extremidades dos três arames, à igual

distância do ponto de união. Pingue também um pouco de parafina no fio de cobre, porém à

metade da distância do anterior. Coloque a lamparina acesa debaixo da parte trançada dos

arames, observando o comportamento dos pedaços de cera.

Agora responda:

1. Todos os pedaços de cera cairão ao mesmo tempo?

2. Em qual dos arames o pedaço de cera cairá primeiro?

3. Explique por que eles caem em tempos diferentes.

CONVECÇÃO TÉRMICA

Você alguma vez, ao tomar uma sopa cremosa e bem quentinha já queimou sua

boca? Como ocorre o aquecimento da água em uma panela colocada sobre uma chama? O

congelador de uma geladeira tem que estar sempre na parte de cima? E as suas prateleiras

precisam ser vazadas?

Para descobrir respostas para essas e mais perguntas, vamos estudar mais uma

forma de propagação do calor, a CONVECÇÃO.

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ATIVIDADE 8 – Convectando o calor

OBJETIVO: Compreender o processo de troca de calor por convecção que ocorre

cotidianamente.


• Vela

• Linha

• Folha de papel

• Tesoura

• Suporte


1 – Desenhe na folha uma espiral e corte-a de modo a formar uma espécie de “cobra”.

2 – faça um furo no início da espiral e amarre uma linha pendurando-a no suporte, cerca de 50

cm do chão, de maneira que ela possa girar livremente.

3 – Coloque uma vela acesa sob a espiral ou “móbile”, mantendo uma distância segura para

não queimá-la. Coloque a vela bem no centro da espiral.

4 – Observe o que acontece.

Agora responda:

1. O que deve acontecer com a espiral ao acendermos a vela?

2. Caso se mude o material da espiral, aconteceria a mesma coisa?

3. E se mantermos o material, mas mudarmos a espessura da espiral?

4. Registrem em forma de texto ou relatório, a explicação da teoria que fundamenta o

experimento e as conclusões das discussões.

5. Relate acontecimentos ou fenômenos que você observa em seu dia-a-dia que parecem

estar relacionados com esta experiência.

Após a realização do experimento os estudantes observaram que o funcionamento

do “móbile” ocorreu devido a propagação de calor por CONVECÇÃO.

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Quando aquecemos água em uma panela sobre uma chama, ocorre o mesmo

processo, o da convecção (além da condução e irradiação). As camadas de água situadas no

fundo da panela aquecem mais rapidamente do que as camadas superiores, devido sua

proximidade com a chama do fogão. Assim, as camadas mais quentes dilatam, tornando-se

menos densas (mais quentes) que as outras e sobem, de forma que as camadas mais densas

(mais frias) descem, formando uma corrente de convecção, onde constituem um outro

processo de propagação de calor, a convecção.

Por causa da convecção o congelador é colocado na parte superior das geladeiras e

os aparelhos de ar refrigerado devem ficar na parte superior das paredes das casas. Na parte

superior, o ar é resfriado, torna-se mais denso e desce, empurrando para cima o ar que está

mais quente, este ao encontrar o congelador ou o ar condicionado, é resfriado, tornando-se

novamente mais denso e desce. O processo continua até que seja atingido o equilíbrio

térmico, isto é, até que todo o ar esteja à mesma temperatura.

Um outro exemplo é a formação das brisas marítima e terrestre que acontecem nas

regiões litorâneas em decorrência do processo de propagação de calor por convecção. A

água, possui alto calor específico, sofre variações de temperatura relativamente pequenas.

Dessa maneira, a terra se aquece mais do que o mar durante o dia. O ar aquecido, em contato

Convecção é o transporte de energia térmica de

uma região para outra por meio do transporte de

matéria, o que só pode ocorrer nos fluidos

(líquidos e gases)

Congelador deve ficar na parte superior da geladeira

Aquecedor térmico deve ser colocado no chão do ambiente

Imagem do próprio autor Imagem do próprio autor

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com a terra, sobe e produz uma região de baixa pressão, aspirando o ar que está sobre o mar.

Formando assim, a brisa marítima, pois o ar que está sobre o mar desloca-se para a terra.

Durante a noite, ao perder calor, a terra se resfria mais do que o mar, o ar que está sobre o mar

fica mais quente do que o ar que está sobre a terra. Mais aquecido, fica menos denso e sobe.

Assim, o ar que está sobre a terra se desloca em direção ao mar, formando a brisa terrestre.

IRRADIAÇÃO TÉRMICA

Em um dia de sol de verão, na beira da praia batendo papo com os amigos debaixo

do guarda-sol, pois a minha pele é muito branca, eis que, no final do dia, estava vermelha

feito um pimentão! Como isso aconteceu? Fiquei o tempo todo debaixo do guarda-sol.

Isso já aconteceu com algum de vocês?

Sabemos que a energia que ilumina nosso dia e nos aquece e até bronzeia, vem do

nosso astro rei, o Sol. Mas como essa energia pode chegar até nós?

Dia

Mar frio

Terra quente

Noite

Mar quente

Terra fria

A brisa marítima sopra durante o dia.

À noite, sopra a brisa terrestre

Ima

gem

do

pró

prio

au

tor

Ima

gem

do

pró

prio

au

tor

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No espaço entre a Terra e o Sol existe quase nada de matéria, ou seja, que nesse

espaço existe o vácuo, um grande espaço vazio... Se não há átomos (matéria), não pode haver

condução de calor. Então, como é que a energia térmica do Sol chega até nós?

Existe uma outra forma de propagação de calor que é chamada de irradiação.

Irradiação é o processo de propagação de calor

que não necessita de um meio material para

ocorrer.

Na condução térmica, é necessário um meio material para que o fenômeno ocorra.

Na convecção térmica, há transporte de matéria e de energia. Na irradiação térmica, ocorre

somente transporte de energia; não há transporte de matéria nem a necessidade de existir um

meio material para que a irradiação se realize.

Assim, os raios de Sol deslocam-se pelo espaço carregando energia. Ao incidir

sobre a areia, esses raios podem ser absorvidos, cedendo energia para os átomos da areia,

esquentando-a.

Esses raios podem também ser refletidos e, por exemplo, atingir a pessoa que está

embaixo do guarda-sol. Desse modo, transferem energia para os átomos da pessoa, fazendo

com que ela fique vermelha! Foi o que aconteceu comigo e muitos de vocês.

O calor do Sol chega até a Terra por irradiação

Imag

em d

o p

róp

rio a

uto

r

19

A irradiação térmica ocorre por meio das ondas eletromagnéticas denominadas

ondas caloríficas ou calor radiante, predominando os raios infravermelhos.

Quando uma fonte térmica emite calor, fazemos a distinção entre calor luminoso e

calor obscuro. O calor luminoso é o que vem acompanhado de luz (Sol, lâmpadas

incandescentes), enquanto o calor obscuro não é acompanhado de luz (fornos, ferros de

passar).

Se colocarmos a mão sob uma panela que acabamos de retirar do fogo, sem tocá-

la, sentimos um certo aquecimento. A propagação desse calor teria se dado por condução ou

convecção? Como o ar é mau condutor térmico, praticamente não ocorre a condução.

Também não há convecção, porque o ar quente sobe. Sendo assim, o calor que recebemos só

pode nos ter atingido admitindo-se que ondas se propagaram da panela até nossa mão através

da irradiação.

As geladeiras domésticas modernas, bem como os radiadores de automóveis,

possuem partes pintadas de preto, cuja função é facilitar a troca de calor com o exterior, uma

vez que os objetos dessa cor irradiam melhor que os objetos coloridos ou brancos.

A irradiação térmica pode também estar associada à emissão de luz que ocorre

quando os objetos são aquecidos. Como exemplo temos, um pedaço de ferro, quando

aquecido, a partir de certa temperatura começa a emitir luz, primeiramente a vermelha (ferro

em brasa), depois fica laranja, amarela e por último branca. Os filamentos das lâmpadas

incandescentes, quando estão emitindo luz branca, se encontram à temperatura aproximada de

1250 0C.

O aquecimento de ambientes, através de aquecedores elétricos, e o aquecimento da

Terra pelo Sol também é baseado nesse processo de troca de calor.

O funcionamento do aquecedor solar também é baseado no processo de irradiação

térmica, que é bastante semelhante com a serpentina utilizada no resfriamento do chope. Só

que no caso do aquecedor solar a serpentina é exposta a uma fonte quente (Sol), ao contrário

da serpentina do chope, que fica exposta a uma fonte fria (gelo).

Em todas as trocas de calor que ocorrem entre objetos os processos de condução,

convecção e irradiação estão presentes, embora um possa ser predominante sobre os outros.

Porém, à medida que a temperatura da fonte de calor vai se elevando, a quantidade de calor

irradiada cresce muito mais do que a transferência por convecção e condução.

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ATIVIDADE 9: Irradiando calor

OBJETIVO: Mostrar que existe irradiação de calor produzida pela chama de uma vela.


• Vela

• Fósforo para acender a vela


1 – Acenda a vela e a fixe em um local.

2 – Coloque a mão embaixo e ao lado da chama da vela. Tome cuidado para não encostar a

mão na chama da vela.

Agora responda:

1. O que você sentiu ao colocar a mão próxima à chama da vela?

2. E se colocar a mão sobre a chama da vela, o que acontece? Terá a mesma sensação?

3. Por que teve sensações diferentes?

Ei! Você sabia que existe um aparelho

capaz de manter um líquido quente ou frio, graças à

combinação dos três processos de propagação de

calor?

Esse aparelho é a garrafa térmica. Ela

evita a condução, a radiação e a convecção de calor.

“Abaixo do invólucro plástico existe uma

garrafa formada por duas camadas de vidro. Entre as

duas camadas quase não existe ar (vácuo). Sem ar

não existem átomos, ou moléculas, de modo que se evita a propagação de calor por

condução.

Além disso, a superfície do vidro é espelhada, interna e externamente. Desse

modo, quando há líquido quente no interior da garrafa, o calor que seria irradiado para fora é

vácuo

Vid

ro

esp

elh

ado

Invólucro plástico

Imagem do próprio autor

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refletido para dentro; caso o líquido seja frio, o calor de fora não penetra na garrafa, pois é

refletido pela superfície do vidro. Isso evita a propagação de calor por radiação. E todas as

partes do líquido dentro da garrafa estarão à mesma temperatura, de modo que também não

ocorre a convecção.

Por isso, é possível conservar líquidos no interior de uma garrafa térmica, por um

bom tempo, praticamente à temperatura em que foram colocados, pois ela diminui ao

máximo as trocas de calor entre o líquido e o meio ambiente.” (Telecurso 2000- 2° grau, pág.

27)

APROFUNDANDO O CONHECIMENTO:

Para aprofundar o conhecimento sobre Propagação de calor, assista à vídeo-aula

do telecurso 2000 de Física, que se encontra no site Telecurso 2000 2º Grau - Física - Aula

24 , onde mostra que o calor pode se propagar de três formas: por condução, por convecção e

por irradiação.

Podemos propor a leitura do texto reproduzido no Capítulo 4 – Lei Zero da

Termodinâmica do Livro Didático Público de Física (ver referência no final), especificamente

as páginas 70 (após o debate) e 71, e o texto das páginas 73 e 74 sobre “Alguns exemplos de

transferência de calor nos seres vivos”. Essa leitura ajudará os estudantes a compreender que

existem várias formas de transmitir calor.

Apresentamos também algumas propostas de trabalhos de pesquisa realizadas

pelos alunos sobre alguns temas científicos, tais como:

EFEITO ESTUFA: Qual a sua importância para a vida na Terra; possíveis danos para o meio

ambiente; as causas que têm provocado alterações deste fenômeno natural; quais as propostas

e medidas que se tem tomado, tanto mundialmente, em particular no Brasil, para evitar

maiores danos ao meio ambiente.

INVERSÃO TÉRMICA: o que provoca a ocorrência desse fenômeno natural; Quais medidas

estão sendo tomadas pelos governantes para evitar danos ao meio ambiente.

APLICAÇÃO TECNOLÓGICA: Como funciona o aquecimento de água atrvés da energia

solar, ou seja, o aquecedor solar; A utilização dos raios infravermelhos, principalmente no

ramo da medicina.

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REFERÊNCIAS

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da escola pÚblica paranaense 2009 - … · 3 – quais características ou qualidades dos...

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