Práticas Didáticas: Calor e Temperatura

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Práticas Didáticas: Calor e Temperatura

Aula 01: Temperatura

Observando a figura anexada, associe esta imagem ao que foi explicitado nesta aula. Assim se fôssemos utilizar esta imagem para definir o que é QUENTE e o que é FRIO, qual seria esta associação. Explique o porquê de sua resposta;
Termometria: temperatura, quente, frio, agitação de moléculas- tirinha extraída de: https://artedafisicapibid.blogspot.com/2020/03/eduhqs-educacao-atraves-de-historias-em.html

1- Com base em seus conhecimentos cotidianos, explique com suas palavras o que é TEMPERATURA: Com intuito de analisar o conhecimento prévio dos estudantes sobre o tema.
2- Com base no vídeo, a sua ideia original sobre temperatura se sustenta? Quais divergências há entre suas ideias originais e as apresentadas pelo vídes? 

    
3- Texto base para desenvolvimento da aula:

A temperatura é explicada pela Física como a grandeza termodinâmica intensiva comum a todos os corpos que estão em equilíbrio térmico. Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema. De forma qualitativa, podemos descrevê-la de um objeto como aquela que determina a sensação de quanto ele está quente ou frio quando entramos em contato com ele. Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas. Ao aumentar a temperatura de um corpo ou sistema pode-se dizer que está se aumentando o estado de agitação de suas moléculas. Ao tirarmos uma garrafa de água mineral da geladeira ou ao retirar um bolo de um forno, percebemos que após algum tempo, ambas tendem a chegar à temperatura do ambiente. Ou seja, a água "esquenta" e o bolo "esfria". Quando dois corpos ou sistemas atingem a mesma temperatura, dizemos que estes corpos ou sistemas estão em equilíbrio térmico. Assim temperatura é uma grandeza cinética. http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termometria/temperatura.php; http://www.forp.usp.br/restauradora/pg/textos_tecnicos/metrologia/metrologia_temperatura.html

4- Leia as tirinha e responda
a- Com base na aula de hoje e do que foi observado nesta aula descreva qual o seu entendimento sobre o que é TEMPERATURA:
b) a tirinha abaixo associa temperatura ao movimento das moléculas? Justifique sua resposta  

Termometria: temperatura, quente, frio, agitação de moléculas- tirinha extraída de: https://artedafisicapibid.blogspot.com/2020/03/eduhqs-educacao-atraves-de-historias-em.html


5 - Para finalizar assista o vídeo abaixo e construa, com suas palavras, uma explicação para temperatura que envolva o conceito de agitação de moléculas, e as palavras quente e frios

Aula 02: ESCALAS TERMOMÉTRICAS



Texto 1:Celsius e o Termômetro
O professor de astronomia da Universidade Uppsala, na Suécia, foi o criador da escala que utilizamos atualmente. Hoje, Celsius é bastante conhecido devido a esta escala termométrica que leva seu nome. Apesar de uma escala graduada ter sido criada anteriormente, apenas através de suas observações meteorológicas, que envolveram mudanças de estado da matéria e diferença de pressão, foi desenvolvida a famosa definição de Celsius a respeito dos dois pontos fixos presentes. Em 1742, Celsius apresentou à Academia das Ciências da Suécia seu relatório sobre a nova escala termométrica, subdividida em cem partes, na qual os pontos de fusão e de ebulição da água eram a base do funcionamento deste termômetro, definindo assim os pontos inicial e final, respectivamente. A escala termométrica de Celsius é posterior à escala de, proposta em 1714. Celsius estudou cuidadosamente durante dois anos o congelamento da água em locais de diferentes latitudes a diferentes pressões atmosféricas, e pode constatar que quando colocava uma ampola de mercúrio a pressão de 1 atmosfera em um recipiente com gelo, a altura máxima que o líquido dentro da ampola atingia era sempre o mesmo, assim esta posição foi denominada “ponto fixo” de fusão da água, ao qual Celsius atribui 100 graus. O outro ponto determinado mediante cuidadosas observações foi o correspondente ao “ponto fixo” de ebulição da água, onde a ampola com mercúrio a pressão de 1 atmosfera era colocada dentro de um recipiente com água fervente, assim visto que a altura máxima atingida pelo mercúrio dentro da ampola nestas condições também era fixa, para este ponto Celsius atribui o valor de 0 grau. Logo os pontos fixos estabelecidos para o termômetro foram os pontos de congelamento da água (100 graus) e fervura da água (0 grau). Sendo a escala iniciada em 100 graus e finalizada em 0 grau com a finalidade de eliminar o uso de temperaturas negativas, consideradas inconvenientes por Celsius. A inversão da escala tal como usamos hoje, deve-se ao médico sueco Carolus Linnaeus juntamente com o fabricante de materiais hospitalares Daniel Ekström. Que consideravam a escala centígrado iniciada em 0 grau (referindo-se ao congelamento da água) mais conveniente para finalidades médicas. Esta escala, durante anos foi chamada de centígrado, mas em 1948, o Sistema Internacional de Pesos e Medidas (SI) rebatizou a escala, atribuindo-lhe assim, o nome de seu criador. A escala Celsius (ºC) é utilizada em quase todos os países, com exceção dos países de língua inglesa que ainda utilizam a escala Fahrenheit (ºF).
http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/person/celsius.htm; http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/AndersCel.html; http://www.grupoescolar.com/pesquisa/anders-celsius-17011744.html


Texto 2:Trecho da comunicação escrita apresentada por Fahrenheit, em 1724, à Royal Society da Inglaterra de como sua escala termométrica foi concebida; “... A divisão das suas escalas está baseada em três pontos fixos, os quais podem ser produzidos acuradamente como se segue. O primeiro é colocado na parte mais baixa ou no início da escala e é obtido com uma mistura de gelo, água e sal de amoníaco ou sal do mar. Se o termômetro é colocado nessa mistura, o seu fluido desce até um ponto no qual é marcado zero. Este experimento dá melhores resultados no inverno que no verão. O segundo ponto fixo é obtido quando água e gelo são misturados sem os sais acima mencionados. Se o termômetro é colocado nessa mistura, seu fluido sobe até o grau 32, o qual eu chamo o ponto do início do congelamento, pois as águas estagnadas dos invernos estão sempre cobertas com uma fina camada de gelo quando o termômetro atinge este grau. O terceiro ponto fixo é encontrado aos 96 graus, e o fluido expande-se até este grau quando o termômetro é colocado na boca ou sob a axila de uma pessoa sadia, por um tempo suficiente para adquirir o calor do corpo. ... A escala dos termômetros para determinar o calor dos líquidos em ebulição inicia-se também a zero e contém 600 graus, pois o mercúrio que enche os termômetros começa a entrar em ebulição aproximadamente naquele ponto...” (FAHRENHEIT, apud MIDDLETON, 1966, p. 75).
Texto retirado de: O DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA ESCALA FAHRENHEIT E O IMAGINÁRIO DE PROFESSORES E DE ESTUDANTES DE FÍSICA- Alexandre Medeiros, Departamento de Física Universidade Federal Rural de Pernambuco- Recife PE.



Após a leitura individual dos alunos, foi efetuada uma leitura coletiva e pausada, com a intenção de inferir uma discussão, na qual os alunos questionassem os pontos comuns e contrários existentes na confecção das duas escalas termométricas, assim os alunos puderam identificar os pontos mais interessantes dos textos como pode ser observado abaixo:

Comentários sobre o texto 1:
1-Dois pontos fixos bem definidos;
2-Ponto de congelamento e fervura da água;
3-Pontos importantes:*100º C: congelamento da água; *0º C: fervura da água;
4-Escala dividida em 100 partes iguais;
5- ausência de temperaturas negativas;
6-inversão da escala onde:*0º C: congelamento da água; *100ºC: fervura da água;
7-surgimento da parte negativa da escala;

Comentários sobre texto 2 :
1-Fahrenheit ainda não distinguia bem as ideias de calor e temperatura;
2-a temperatura de ebulição do mercúrio não era absolutamente um ponto fixo;
3-escalas dos seus termômetros estariam baseadas em três pontos fixos;
4-temperaturas negativas dificilmente são registradas;
5- pontos importantes *0ºF: congelamento de agua com sal;*32ºF: congelamento da agua sem sais; *96ºF: temperatura do corpo humano;
6-calibração da escala que demonstrou que a temperatura do corpo humano era de 98,7ºF resultando no abandono deste ponto;
7- introdução de um ponto de ebulição da água de aproximadamente 212ºF;

Partindo dos tópicos evidenciados pelos alunos dos textos lidos, foi efetuada a construção das escalas termométrica de Celsius e Fahrenheit em seus modelos originais descritos nos textos e seus modelos atuais conforme pode ser observado abaixo:


Assim pudemos definir a relação entre a escala Celsius e escala Fahrenheit com auxílio dos alunos, a partir do que eles compreenderam dos textos expostos:

1,8xºC =ºF-32


Para finalizar a discussão e extrair dos alunos a compreensão geral a respeito do tema discutido foi proposta aos alunos a atividade abaixo :

1- Leia a tirinha e responda:

Tirinha sobre Termometria, Escalas termométricas, Escala celsius, história da ciência. Tirinha utilizada na proposta didática sobre Calorimetria desenvolvida por estudantes do 2º EM, 2012. Disponível em: https://www.pixton.com/br/comic/pehy4eha Transcrição -A comida está quente!!! - Coma, eu medi a temperatura e está a 27 graus celsius. -Hum, 27 graus celsius... uma temperatura agradável, vou provar!! - 27 graus celsius quente deste jeito, só se você está usando o primeiro termômetro graduado pelo Celsius.
a- Baseado no texto “ Celsius e o Termômetro”, explique o porque o garoto da tirinha: Escalas termométricas afirma que 27º C é uma temperatura agradável e depois afirma que a mesma temperatura está muito elevada e qual a relação desta afirmação com o 1º termômetro graduado na escala Celsius? 
b- Pode-se identificar algum erro conceitual na tirinha apresentada?
c- Com base na carta de Fahrenheit à Royal Society da Inglaterra e na aula de hoje, qual seria uma temperatura agradável para a comida do garoto na escala Fahrenheit, e qual seria sua justificativa para está resposta.

Termometria: Termometria: Temperatura, Escalas Termométricas, relações termométricas tirinha extraída de http://fisica-extremetiras.blogspot.com/
d- Na tirinha acima um personagem interpreta de maneira equivocada o termômetro local. Identifique em que escala o termômetro está fazendo a leitura de temperatura.
e- Faça a conversão matemática que nos permita verificar qual o equivalente desta temperatura em ºC.

Texto 3: Escala kelvin e o Zero absoluto:
A determinação da temperatura é reconhecida, há um longo tempo, como um problema da maior importância, na ciência física. [...] Entretanto, a teoria da termometria ainda está longe de se encontrar em um estado tão satisfatório. O princípio a ser seguido para construir uma escala termométrica pode dar a impressão de ser óbvio, à primeira vista, pois poderia parecer que um termômetro perfeito devesse indicar iguais quantidades de calor, correspondendo a iguais elevações de temperatura, estimadas pelas divisões enumeradas de sua escala. Entretanto, agora é reconhecido (a partir das variações nos calores específicos dos corpos), como um fato experimentalmente demonstrado, que a termometria sob essa condição é impossível, o que nos deixa sem qualquer princípio no qual fundamentar uma escala termométrica absoluta. [...] Embora se tenha, assim, um princípio estrito para construir um sistema definido para a estimativa da temperatura, entretanto como referência é essencialmente ainda feita a um corpo específico como substância termométrica padrão, nós não podemos considerar que tenhamos chegado a uma escala absoluta e nós só podemos considerar a escala realmente adotada, em estrito senso, como uma série arbitrária de pontos de referência enumerados, suficientemente próximos para os requisitos da termometria prática. [...] Já as relações entre potência motriz [movimento das moléculas] e calor, como estabelecido por Carnot, é tal que quantidades de calor e intervalos de temperatura estão envolvidos como os únicos elementos na expressão para a quantidade de efeito mecânico a ser obtida através da agência do calor; desde que nós tenhamos, independentemente, um sistema definido para medidas de quantidades de calor, então estaremos de posse de uma medida para intervalos, de acordo com a qual diferenças absolutas de temperatura podem ser estimadas. Ora, Carnot, demonstra que é pela descida do calor, de um corpo quente para um corpo frio, através do meio de uma máquina  a vapor ou uma máquina a ar, por exemplo, que o efeito mecânico pode ser obtido; e, reciprocamente, ele prova que a mesma quantidade de calor pode, pelo consumo de uma quantidade de trabalho, ser elevada do corpo quente para o frio; A quantidade de efeito mecânico a ser obtida pela transmissão de uma dada quantidade de calor, através do meio de qualquer tipo de máquina, na qual a economia é perfeita, dependerá, como Carnot demonstra, não da natureza específica da substância empregada como meio de transmissão de calor na máquina, mas somente do intervalo entre a temperatura dos dois corpos entre os quais o calor é transferido. [...] A propriedade característica da escala que eu proponho agora é que todos os graus tenham o mesmo valor; isto é, que a unidade de calor que desce de um corpo A, à temperatura Tº dessa escala, para um corpo B, à temperatura (T − 1)º , deveria produzir o mesmo efeito mecânico, qualquer que seja o número T. Isso pode justamente ser denominado de escala absoluta, visto que sua característica é inteiramente independente das propriedades físicas de qualquer substância específica. [...]  Assim a unidade de calor adotada é a quantidade necessária para elevar a temperatura de um quilograma de água de 0º para 1ºC; e a unidade de efeito mecânico é um metro-quilograma; isto é, um quilograma elevado a um metro de altura;

texto extraído de: A escala termométrica absoluta baseada na teoria da potência motriz de Carnot e calculada a partir das observações de Regnault - William Thomson - disponível em:  http://sbfisica.org.br/rbef/pdf/Kelvin-escala.pdf



2- Com base no texto 3 e nos vídeos sobre escala kelvin e Zero absoluto explique:
a) O que significa a escala kelvin ser uma escala absoluta;
b) Qual o significado do Zero absoluto para a escala kelvin?


3- Leia  a tirinha abaixo e responda:
a) Quais são as informações apresentadas na tirinha que também estão presentes no texto 3;
b) Qual a motivação de Lord Kelvin em construir sua escala termométrica absoluta?
c) É possível se chegar ao zero absoluto Justifique sua resposta;
d) Faça uma pesquisa sobre o experimento de Heike K. Onnes que lhe rendeu o premio Nobel no ano de 1913;
e) Qual a relação da definição de zero absoluto apresentada na aula e a praticada pelos Cavaleiros do Zodíaco?

Termometria: temperatura, quente, frio, agitação de moléculas- tirinha extraída de: https://artedafisicapibid.blogspot.com/2020/03/eduhqs-educacao-atraves-de-historias-em.html

Aula 03 DILATAÇÃO TÉRMICA

Objetivo: Fomentar discussão a respeito das formas de dilatação térmica, sobre os tipos de dilatação e sobre os coeficientes de dilatação térmica
materiais: vídeos paradidáticos; texto midiático; lousa; questionário; atividades experimentais demonstrativas

O primeiro vídeo apresentado foi retirado de um programa de televisão chamado "O Mundo de Beakman" para iniciar o tratamento do tema de uma forma descontraída e cotidiana
 
Após a apresentação do vídeo acima começamos a tratar as diferentes formas de dilatação e sua presença em nosso cotidiano. *Iniciamos este tratamento falando sobre DILATAÇÃO LINEAR, e assim para tratarmos desta forma utilizamos uma atividade experimental demonstrativa onde utilizando fogo e tiras de papel alumínio retiradas de caixas de leite simulamos a ação de um termostato. *Outra forma de dilatação abordada nesta aula foi a DILATAÇÃO SUPERFICIAL, para a qual utilizamos o segundo vídeo da noite, produzido pelo Instituto de Fluminense de Física para tratar a dilatação do vazio.

Para abordar DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA, novamente utilizamos de uma experimental envolvendo uma garrafa lacrada com uma bexiga, a qual foi aquecida demonstrando a dilatação do ar que inflava esta bexiga. *Finalizamos a discussão conceitual de nosso tema discutindo coeficiente de dilatação como justificativa para que alguns materiais dilatem mais do que outro.
Proposta de atividade 1:
Parte 1: Laboratório Didático:
1- Dilatação Linear
materiais- haste rígida de alumínio, vela e régua:
objetivo- aquecer a haste e verificar a variação no comprimento da haste;

2- Dilatação Volumétrica
materiais- garrafa de 500 ml vazia; bexiga; água fervente
objetivo- aquecer o ar contido entre a garrafa e a bexiga e verificar a variação do volume do ar a partir da mudança no volume da bexiga

3- Dilatação superficial e Coeficiente de Dilatação Térmica
materiais- tiras de caixas de leite tipo tetra PAC; vela;
objetivos- aquecer as tiras de caixa de leite e verificar a variação das dimensões das tiras e como o materiais que compõem as tiras dilatam de forma diferente, causando a envergadura das tiras no sentido do alumínio;
COEFICIENTE DE DILATAÇÃO: Quando um corpo sólido ou líquido é aquecido ocorre uma variação em suas dimensões, isto se dá devido à agitação térmica das moléculas ou átomos, permitindo que os mesmos se afastem. O coeficiente de dilatação térmica é uma medida de variação unitária da grandeza de uma de suas dimensões. Essas variações das dimensões ocorrem no comprimento, na largura e na espessura, algumas vezes mais acentuada em uma do que em outra, é por essa razão que se estuda as variações das dimensões linear, superficial e volumétricamente, aparecendo nesses casos, três coeficientes de dilatação: coeficiente de dilatação linear (variação unitária do comprimento), coeficiente de dilatação superficial (variação unitária da área) e coeficiente de dilatação volumétrica (variação unitária do volume).
DILATAÇÃO TÉRMICA: Dilatação térmica de um corpo é a variação que ele sofre em suas dimensões, quando sua temperatura varia. Ao dilatar-se, um corpo sofre alteração nas suas três dimensões. No entanto, dependendo de sua forma, a alteração pode ocorrer predominantemente em apenas uma ou duas dimensões. Se a dilatação ocorrer principalmente em uma dimensão, receberá o nome de Dilatação Linear; se ocorrer em duas dimensões, Dilatação Superficial, e em três dimensões, Dilatação Volumétrica.
DILATAÇÃO LINEAR: Tomemos como exemplo uma barra de ferro. Podemos notar que a área de sua secção reta é muito pequena quando comparada com seu comprimento. Assim, é fácil perceber que, neste caso, a dimensão que mais se altera com a dilatação é o comprimento. Por este motivo, dizemos que a barra sofreu uma dilatação linear. Seja (Lo) o comprimento inicial da barra a uma temperatura, também inicial, (θo). Aquecendo essa barra a uma temperatura (θ), ela sofrerá uma dilatação (∆L). A experiência mostra que a dilatação (∆L) é proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial da barra. Ou seja,
∆L ∝ Lo (θ − θo)
A proporção expressa acima pode ser transformada numa igualdade, introduzindo-se uma constante chamada Coeficiente de Dilatação Linear (α). O valor desta constante depende diretamente do material que está sofrendo dilatação.
∆L = α. Lo ∆θ
DILATAÇÃO SUPERFICIAL E VOLUMÉTRICA: Quando colocamos uma chapa para dilatar, as dimensões que mais se alteram com o aumento de temperatura são a largura e o comprimento tornando-se, pois, desprezível, a dilatação sofrida pela espessura da mesma. Desta forma, dizemos que a chapa sofreu uma Dilatação Superficial. A dilatação superficial de um corpo de área inicial (So) a uma temperatura inicial (θo), pode ser calculada através da equação;
∆S= β. So ∆θ
onde β na equação acima, representa o coeficiente de dilatação superficial. Em alguns corpos, nenhuma de suas dimensões pode ser desprezada, pois sua dilatação altera não apenas o seu comprimento ou sua superfície, mas o seu volume. Nesses casos, temos que considerar as três dimensões, pois o corpo sofre uma dilatação volumétrica. A expressão para o cálculo da dilatação volumétrica é:
∆V= γ Vo ∆θ
Nessa expressão, ∆V representa a variação de volume, Vo é o volume inicial, ∆θ é a variação da temperatura e (γ) é o coeficiente de dilatação volumétrica
RELAÇÕES ENTRE AS CONSTANTES (α, β, γ): Normalmente, as tabelas(ver tabela 1, acima) trazem somente os valores dos coeficientes de dilatação linear das substâncias sólidas, pois os valores dos outros coeficientes podem ser obtidos a partir destes. Isso é possível, porque há uma relação entre os coeficientes. Como (α) representa a dilatação em uma dimensão, (β) em duas dimensões e (γ) em três, podemos ter, então;
β = 2α;
γ = 3α;

Atividade:
Com base no texto Explique:
1) Qual o tipo de dilatação que está presente em cada um dos experimentos realizados:
2) Explique como ocorre a dilatação em cada um experimentos realizados:
3) Como o coeficiente de dilatação pode ser visualizado nos experimentos realizados:  
Leia as tirinhas responda:
a) A tirinha do Cascão apresenta uma situação a respeito do conceito de dilatação que pode ter duas interpretações distintas, uma a respeito de dilatar e outra a respeito de contrair. Explique como as duas podem estar presentes em na tirinha simultaneamente e identifique se existe alguma incoerência em relação aos conceito apresentado nestas duas concepções, se existe proponha uma situação que permita sua correção:
Termometria: Dilatação Volumétrica, trocas de calor; condução de calor - extraído de:http://www.propostasensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.htm
b) Na tirinha abaixo, Calvin se compara a uma pipoca quando entra no banho, com base no conceito de dilatação, qual a intenção de Calvin com a analogia e se esta é coerente com o conceito ensinado. Justifique.

Termometria: Dilatação Volumétrica, trocas de calor; condução de calor - extraído de:
http://depositodocalvin.blogspot.com/
 
c) No Cartum abaixo podemos identificas os três tipos de dilatação estudados, identifique onde estas se fazem presentes. Justifique sua resposta.

Termometria: Dilatação Volumétrica, trocas de calor; condução de calor - extraído de: http://www.propostasensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.html



Aula 4: Calor (Energia térmica)

 

Texto1: O que é uma caloria? A caloria é uma unidade medida de energia. Tendemos a associar calorias com alimentos, mas elas se aplicam a qualquer coisa que contenha energia. Por exemplo, 4 litros de gasolina (cerca de um galão) contêm cerca de 31.000.000 calorias. Mais especificamente, uma caloria é a quantidade de energia ou calor necessária para levantar a temperatura de 1g de água em 1ºC. Uma caloria corresponde a 4,184 joules, uma unidade de medida comum de energia usada em física. A maioria das pessoas pensa em calorias com relação à alimentação, como quando falam "esta lata de refrigerante contém 200 calorias". Acontece que as calorias expressas nas embalagens são, na verdade, quilocalorias (1.000 calorias = 1 quilocaloria). Uma lata de refrigerante com 200 calorias de alimento contém 200.000 calorias, ou 200 quilocalorias. O mesmo se aplica aos exercícios quando uma tabela de conversão mostra que você queima cerca de 100 calorias para cada 1,6 metros que você corre, na verdade significa 100 quilocalorias. Os seres humanos precisam de energia para sobreviver para respirar, se mexer, bombear sangue - e retiram essa energia do alimento. O número de calorias em um alimento é uma medida da quantidade de calor que ele possui. Os alimentos são uma compilação desses três componentes, gorduras, proteínas e carboidratos. Assim, se você sabe quanto de carboidrato, de gordura e de proteína existe em um dado alimento, você saberá quantas calorias ou quanta energia o alimento contém. Nosso corpo "queima" as calorias através de processos metabólicos, nos quais as enzimas quebram os carboidratos em glicose e outros açúcares, as gorduras em glicerol e ácidos graxos e as proteínas em aminoácidos. Essas moléculas são então transportadas pela corrente sanguínea, onde são absorvidas para uso imediato e enviadas para o estágio final do metabolismo, quando reagem com oxigênio para liberar sua energia armazenada.
Texto adaptado em 04/06/2012 - http://saude.hsw.uol.com.br/calorias2.html/ 
2.2 kg macarrão
4818,2 kcal
20182,6 kJ
Fatia de torta de cereja
391,8 kcal
1641,3 kJ
217 lanches
117180,9 kcal
490867,1 kJ

Livro Física para ensino médio, vol.02, Kazuhito e Fuke

Desenvolva as seguintes questões
1) Identifique todas as unidades de medidas citadas pelo texto. Identifique se o texto apresenta alguma relação numérica entre elas, se apresentar identifique o valor:
2) Quais as diferenças que o texto apresenta entre caloria e quilocaloria, explicite se existe algum cálculo:
3) Quais exemplos o texto cita para explicar a respeito de caloria, quilocaloria, joule e quilo-joules:
4) Observe a tabela abaixo, e determine a quantidade de energia em kJ armazenada em cada item citado utilizando as informações apresentadas no texto:
Alimento
kcal  para 1g
kJ para 1 g
Gordura
9,45

Carboidrato
4,10

Proteínas
5,65

Álcool
7,00


5) Leia as informações nutricionais abaixo e responda:

a) Considerando as tabelas nutricionais calcule quantas quilocalorias e quantos quilo-joules têm em proteínas, carboidratos e gorduras na embalagem (1) e na embalagem (2):
b) Utilizando o texto calcule o equivalente mecânico do calor apresentado nas embalagens:

6) Conforme apresenta a Tirinha acima temos duas situações distintas para a nossa personagem, na primeira temos uma receita de como perder calorias e a outra de como ganhar calorias. Discuta as relações entre as situações apresentadas na tirinha e a dieta descrita pela nossa heroína com os tópicos sobre calorias a partir do texto 2.

Calorimetria: energia térmica, calorias -  https://www.facebook.com/mulher30

7) Evidencie a Definição de Calor apresentada pelo texto;
8) Descreva o experimento desenvolvido por Joule e esboce um desenho explicativo, baseado no texto, de como estes experimento foi feito;
9) Evidencie as unidades de medidas de Energia Térmica e Temperatura apresentadas pelo texto;
10) Leia a Tirinha e responda:
Calorimetria: equilíbrio térmico, trocas de calor, energia térmica- tirinha extraída de: https://docplayer.com.br/83412187-O-ensino-de-fisica-termica-utilizando-historia-em-quadrinhos.html

a) A Tirinha acima apresenta um homem pré histórico produzindo fogo a partir do atrito entre duas pedras, a narrativa apresentada faz referência ao fato de esfregarmos as mãos para produzir calor. Explique a relação deste processo com a teoria mecânica do calor? Qual? Justifique sua resposta:

Aula 05: SENSAÇÕES TÉRMICAS (Trocas de Calor)

 

 Para iniciar a aula propusemos a seguinte questão:

1- Quando pensamos em sensação térmica pensamos em temperatura, assim de acordo com seus conhecimentos cotidianos, poderíamos MEDIR precisamente e determinar a temperatura de um objeto ou um ambiente utilizando apenas utilizando as mãos? Justifique.

Para dar suporte ao questionamento proposto, os estudantes foram encaminhados ao laboratório de Ciências, onde estes foram divididos em três grupos e cada grupo continha o seguinte aparato conforme ilustração abaixo:


*Água a temperatura ambiente (água da torneira)
*Água morna
*Gelo
*potes
*aquecedor de água
- uma bacia com gelo;
- uma bacia com água da torneira;
- uma bacia com água morna;
Dinâmica era individual e consistia em:
situação 1;
- cada estudante deveria colocar a mão direita na água morna e a mão esquerda no gelo, em seguida retirar as duas mãos dos potes citados e inserir ambas as mãos em uma bacia com água a temperatura ambiente.

situação 2:
- cada estudante deveria colocar ambas as mãos na água morna em seguida retirar a mão da bacia citada e inserir ambas as mãos em uma bacia com água a temperatura ambiente.

situação 3:
-cada estudante deveria colocar ambas as mãos na bacia com gelo e em seguida retirar a mão da bacia citada e inserir ambas as mãos em uma bacia com água a temperatura ambiente.

Após a prática foram apresentadas as seguintes questões;
1- Desenvolva um esquema explicativo da experiência, contendo desenho ilustrativo, passo a passo e materiais utilizados;
2- Explique a experiência vivenciada na situação 1;
3- Explique a experiência vivenciada na situação 2;
4- Explique a experiência vivenciada na situação 3;
5- Descreva a partir do experimento como se dá a transição do calor entre os corpos;

Esta atividade teve como princípio gerar uma discussão sobre a segurança de se medir a temperatura e a importância de instrumentos de precisão como o termômetro.


Após Fazer o experimento de troca de calor para demonstrar a ação da sensação térmica e a não confiabilidade de nossos sentidos, discutimos métodos confiáveis de se medir temperatura; onde chegou- se a necessidade de objetos que possam media a temperatura precisamente como os termômetro que mede: o quanto as moléculas estão agitadas;

Tirinha sobre escalas termométricas e termômetros, sensação térmica - Tirinha utilizada na proposta didática sobre Calorimetria desenvolvida por estudantes do 2º EM, 2012. Disponível em: https://www.pixton.com/br/comic/q8r56kml; Transcrição: Tirinha: Sensação térmica -Hey Tio Osvaldo, pergunta para este teu gato estúpido quantos graus está fazendo hoje. -Hehehehe! -????? -Espera um pouquinho que eu vou perguntar! -Ele pediu para responder que é um gato e não um TERMÔMETRO. -Hahahahaha!


Leia atentamente a tirinha acima:
a- De acordo com o que foi observado e sentido, a pergunta feita pelo Rapaz ao seu tio Osvaldo a respeito do gato tem algum significado dentro do contexto de temperatura? Justifique sua resposta.
b- Qual deveria ser a pergunta feita pelo rapaz a seu tio Osvaldo de acordo com os conhecimentos físicos adquiridos nesta aula sobre sensação térmica e medida de temperatura?
Com a finalidade de avaliar a compreensão dos estudantes a cerca do tema discutido.

Aula 6: Equilíbrio Térmico - Trocas de calor 

 

 Texto 1 - Calor aquecimento e resfriamento - Se deixarmos uma taça de sorvete bem gelado em um ambiente quente com o tempo ele se transformara em creme derretido. Isso acontece porque o sorvete entra em contato com ar quente ao seu redor o que provoca a elevação de sua temperatura, e consequentemente seu derretimento. Mas porque será que o sorvete não continua aquecer até atingir temperaturas mais altas que a do ar? Ou então porque será que o sorvete não resfria o ar até que o ar ao redor congele? A água quente contida em uma panela em um ambiente com temperatura inferior a do liquido tende a esfriar!!! Esses e outros fatos corriqueiros indicam que o calor transita naturalmente da matéria mais quente em direção a matéria mais fria, até que seja alcançada uma temperatura de equilíbrio- o ambiente quente derrete o sorvete e o ambiente frio esfria a água quente. O contrario, no entanto nunca acontece, para aquecer a água é necessário colocá-la no fogo e para resfriar o sorvete é necessário colocá-lo no refrigerador. Assim podemos concluir que matérias de temperaturas diferentes colocados próximos tendem a adquirir a mesma temperatura. Mas será que ocorre apenas uma mudança de temperatura? As variações de temperatura apenas indicam que existe um fluxo de calor transitando entre as matérias, assim quente e frio indicam trocas de calor e não de temperatura. A temperatura pertence ao corpo, o calor (Energia) transita entre os corpos. Então o que é CALOR??? Calor é energia térmica em transito que está sempre sendo transferida de um corpo para outro devido a diferença de temperatura entre eles – sempre do corpo de maior energia térmica para o corpo de menor energia térmica . E o equilíbrio térmico constitui um estado em que os corpos possuem a mesma quantidade de energia térmica. Texto adaptado< livro Física para o ensino médio, Kazuhito e Fuke>.



1) Leia as Tirinhas e responda:
Calorimetria: equilíbrio térmico, trocas de calor - tirinha extraída de: https://www.terra.com.br/niquel/

Calorimetria: equilíbrio térmico, trocas de calor - tirinha extraída de: www.drpepper.com.br
 
Responda as questões:
a) As tirinhas acima apresentam duas situações na primeira: Branca de Neve é rodeada por seus anões; na segunda: Jacob abraça Bella para aquece-la. Partido do que foi observado no Texto 1: Calor aquecimento e resfriamento. Descreva cada uma das narrativas e destaque as semelhanças físicas observadas em ambas as narrativas

b) As tirinhas acima apresentam duas situações na primeira: Branca de Neve é rodeada por seus anões; na segunda: Jacob abraça Bella para aquece-la. Partido do que foi observado no Texto 1: Calor aquecimento e resfriamento. Explique como ambas as narrativas explicitam o conceito de equilíbrio.

Aula 07 Trocas de Calor - Condução de calor (Condutores e isolantes térmicos)

Materiais: Laboratório de Ciências
Água quente;
Latas de Alumínio;
Copos de Plástico;
Copos de Isopor;
Caixas de Isopor
Texto sobre fluxo de calor
Texto sobre condutividade térmica:
Parte 1 laboratório empírico: Proposta experimental



Situação: *apresentado aos estudantes o material: Latas de Alumínio; Copos de Plástico; Copos de Isopor; Caixas de Isopor; água quente

Na sequência cada uma dos materiais foi preenchido com água quente e então foi solicitado que estudantes toquem cada um dos itens de forma a identificar o fluxo de calor de suas mãos para os materiais de forma exclusivamente empírica;
*solicitado que estudantes tocassem cada um dos itens de forma a identificar o fluxo de calor de suas mãos para os materiais de forma exclusivamente empírica

Questões norteadoras
1. Ordene os itens manuseados de forma a classificá-los do item que mais facilita a passagem de calor para o que mais dificulta;
2. Justifique empiricamente o ordenamento elaborado para os itens;
3. Classifique os itens apresentado como isolantes térmicos de acordo com sua manipulação;

Parte 2: Discussão dos conceitos

Texto 1: Professores de física explicam o que é fluxo de calor - "Calor é uma energia térmica trocada entre corpos, desde que entre esses corpos haja uma diferença de temperatura. Para que dois corpos troquem calor é necessário que tenham temperaturas diferentes e, espontaneamente, quem tiver uma temperatura maior cede calor para quem tiver uma temperatura menor”, explica o professor Diego Mendonça. Já fluxo de calor está relacionado à potência irradiada por uma fonte de calor. “A potência é a quantidade de calor fornecida, trocada, na unidade de tempo”, esclarece o professor Beraldo Neto. “Na hora que o corpo vai trocar calor, ou, através do corpo, quando há um fluxo de calor, parâmetros são importantes. Segundo a lei de Fourier, a espessura da superfície onde o calor está sendo trocado, a área da superfície onde está ocorrendo a troca de calor, a diferença de temperatura entre os dois meios para que ocorra o fluxo de calor e também o material de que é feita a superfície”, completa. Este tema costuma gerar bastante confusão. Por isso, os professores ouviram as dúvidas de algumas pessoas. A administradora de empresas Lucinda Regueira conta que sempre leva um agasalho na bolsa para não passar frio. “Eu ando sempre prevenida, casaco, xale, o que for”, revela. O professor Diego Mendonça, no entanto, explica que casacos e camisas grossas não aquecem: “Esses materiais funcionam como isolantes térmicos, eles apenas dificultam as trocas de calor. Num ambiente frio, por exemplo, usamos casaco para não perdermos calor para a atmosfera, que está a uma temperatura menor. E num ambiente quente, por exemplo, um deserto, as pessoas usam roupas grossas para não receber calor do ambiente”. De acordo com o professor Beraldo Neto, quando se usa um gorro ou luvas, o objetivo é aumentar a área protegida. “Aumentar a área protegida diminui o fluxo de calor, então, logicamente, a sensação de frio vai diminuir”, acrescenta. Os metais têm facilidade em trocar calor, diferente de objetos feitos de acrílico. Em uma simulação, ao segurarmos um copo metálico, rapidamente perde-se calor para ele, o que proporciona sensação de frio, enquanto que um copo de acrílico demora mais a tirar calor da mão. Sendo assim, a percepção é de que o copo metálico está numa temperatura menor. Por último, vale lembrar que corpos não têm calor, mas sim trocam calor. Texto adaptado de: http://g1.globo.com/pernambuco/vestibular-e-educacao/noticia/2013/10/professores-de-fisica-explicam- o-que-e-fluxo-de-calor.html

Texto 2: Coeficiente de Condutibilidade Térmica - Condutibilidade térmica é uma propriedade térmica típica de um material homogêneo que é igual à quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma camada de espessura e de área unitárias desse material por unidade de diferença de temperatura entre as suas duas faces. Assim, a condutibilidade térmica caracteriza a maior ou menor facilidade de transferência de calor. A capacidade de isolamento ou transferência de Calor em um material é expresso através do Coeficiente de Condutibilidade Térmica (CCT), habitualmente medido em W/m2°C, onde W=J/s. Desta forma um coeficiente pequeno denota uma capacidade de isolamento térmico superior e um coeficiente alto indica uma capacidade de transferência de calor muito grande. Exemplo prático: O coeficiente de condutibilidade térmica k fornece o fluxo de calor que passa em 1 m2 de superfície do material, quando este possui uma espessura de 1 m e é submetido a uma diferença de temperatura de 1 grau entre as suas faces. Assim, se uma hipotética parede de betão tivesse 1 metro de espessura e a sua face externa estivesse a 20°C e a sua face interna a 21°C, o fluxo de calor que atravessaria cada m2da sua superfície seria igual a 1,75W (ou 1,75 J/s). Portanto o k do betão é: 1,75 W/m2/°C. Diferentes materiais possuem diferentes coeficientes de condutibilidade térmica. Texto adaptado de: http://www.futureng.pt/coeficiente-de-condutibilidade-termica



Na sequencia foram apresentadas as seguintes questões:.
4. Explique o que é fluxo de calor;
5. Apresente e explique a Lei de Fourier;
6. Explique o que é coeficiente de condutividade;
7. Relacione o experimento apresentado, com o conceito de condutividade térmica e com a definição de fluxo de calor;
8. O sistema apresentado no texto se refere à definição de condução ou de convecção de calor? Justifique:


Texto 3: É verdade que as substancias são esquentam com a mesma facilidade?
texto disponível em: http://www.moderna.com.br/lumis/portal/file/fileDownload.jsp?fileId=8A7A83CB3370A02801337E8815F9654D


Utilizando o texto 3 responda as questões:
1- Explicite a definição de calor específico apresentada pelo texto:
2- Identifique os materiais citados no texto e o calor específico destes materiais;
3- Qual a unidade de medida do calor específico apresentado no texto? Procure em seu livro didático outras unidades de medida para calor específico.
4- O gráfico apresenta diversos materiais, com base nos dados deste gráfico identifique o comportamento do corpo com maior calor específico e o comportamento do material com menor calor específico no processo de aquecimento e resfriamento destes materiais.
5- O texto apresenta um exemplo culinário, explique a relação deste exemplo com a definição de calor específico apresentado nos parágrafos anteriores do texto.

Parte 3: abordagem Matemática

Considerando que vivemos em Curitiba, uma cidade com grande oscilação climática, você precisa construir ou comprar uma casa. Para garantir maior conforto a você e sua família se faz necessário que seja escolhido o melhor material para deixar sua nova casa isolada termicamente:


Sabendo que existe a possibilidade de escolher entre três materiais para compor as paredes de sua casa para garantir o seu bom isolamento térmico:

1º alvenaria: k=0,35W/mºC; espessura: 6cm

2º aço galvanizado: k= 0,21W/mºC; espessura: 6cm+1,5mm+12cm

3º betão: k= 1,74W/mºC; espessura 1: 9cm; espessura 2: 14cm; espessura 3: 19cm

Para os três materiais considere o segundo sistema: Área da fachada: 25m², temperatura interna: 27ºC, temperatura externa: 14ºC

Conhecendo a Lei de Fourier
1- determine o fluxo de calor que transita por cada um dos materiais apresentados:
2- determine qual material garante o melhor isolamento térmico de sua casa:

atenção:
- trabalhe com todas as espessuras em metro;
- não ignore as unidades de medida (lembre: para onde número for a unidade de medida vai junto!!!);
- W= J/s indicando que fluxo de calor é a quantidade de Energia térmica que transita pelo material em um dado intervalo de tempo.



texto extraído de: http://www.if.usp.br/gref/termodinamica.htm



Com base no texto e no vídeo responda:

1) Identifique as formas como o calor pode ser transportado de um corpo para outro:
2) Explique o significado de Equilíbrio Térmico:
3) O texto apresenta uma relação entre a alimentação e o calor "presente" no nosso corpo. Explique qual é esta relação.
4) Explique o que são materiais condutores e isolantes;
5) Qual o significado do coeficiente de condutibilidade, explique sua relação com a transmissão de calor entre os corpos;






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