Ciências da Natureza – Ensino Médio
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Caro aluno
Esse material foi elaborado com o objetivo de ajudá-lo a desenvolver as seguintes
habilidades:
H95 – Reconhecer as propriedades térmicas dos materiais, compreendendo os
processos de trocas de calor presentes na natureza.
H96 – Estimar a quantidade de energia envolvida nos processos de troca de calor.
H97 – Identificar formas de propagação do calor, materiais condutores e materiais
isolantes térmicos.
Faça uma leitura atenta do material e sempre que surgir uma pergunta tente
respondê-la.
Procure auxílio do monitor sempre que tiver alguma dúvida.
Bons estudos!
O calor devido à reflexão dos raios solares nos vidros espelhados de um
prédio, na Inglaterra, foi suficiente para fritar um ovo
Disponível em:
<http://estadodeminas.lugarcerto.com.br/app/noticia/noticias/2013/09/10/interna_not
icias,47523/predio-projetado-em-formato-concavo-e-acusado-de-derreter-carros-nainglaterra.shtml>. Acesso em: 29 fev. 2014. 16h03min.
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Parte 1 – Calor e Temperatura
Você já reparou que em nosso dia-a-dia é muito comum ouvirmos as pessoas dizerem
que estão “com calor”.
Analisando fisicamente a expressão “muito calor” pode-se dizer que ela está incorreta.
Sendo assim, ao longo dessa oficina iremos ampliar nossos conhecimentos sobre
dois conceitos muito importantes e diferentes. São eles
Calor e Temperatura
Comecemos falando sobre o calor. Leia atentamente o texto a seguir.
O calor compartilha com a gravidade uma qualidade muito interessante: está ao mesmo
tempo em toda parte. A gravidade, que tudo permeia, não pode ser eliminada nem
diluída e nunca deixa de atuar. O nosso corpo, os nossos artefatos, as nossas próprias
vidas giram em torno do fato incontestável da gravidade.
Existe uma grande diferença, entretanto, entre gravidade e calor. Enquanto a primeira
apresenta uma variação muito pequena no tempo e no espaço, o segundo é
extremamente mutável. O calor vai e vem, de um corpo para o outro, de um ambiente
para o outro, de uma casa para outra, de uma hora para outra, de um dia para o outro,
em uma incessante flutuação. A sua necessidade para a vida e o conforto, juntamente
com a sua inconstância, fazem do calor um assunto predileto de conversas. Desde a
hora em que nos levantamos pela manhã e escolhemos a roupa pra usar durante o dia,
até o momento em que vamos dormir e arrumamos as cobertas, estamos preocupados
com o calor. Durante todo o dia, nós colocamos e tiramos os nossos agasalhos, abrimos
e fechamos janelas, lidamos com aquecedores de ar, com alimentos quentes e bebidas
geladas, abrimos torneiras de água quente e fria e comparamos previsões
meteorológicas, esfregamos as mãos, abanamos o rosto e, geralmente, procuramos por
todos os meios e modos mudar o calor que a natureza nos oferece.
A especulação filosófica sobre a natureza física do calor passa a ser teoria científica,
quando são apresentadas as medidas para transformar qualidades em quantidades. O
termômetro, desenvolvido no século XVII, com base na antiga observação de que o calor
provoca a dilatação dos materiais, abriu o problema à experiência, trazendo a precisão e
à reprodutividade. Como normalmente acontece na Ciência depois de ser levantada uma
questão, os conceitos precisam ser esclarecidos e os termos definidos, antes que possa
ser dado início a um estudo sério.
Três termos que significam mais ou menos a mesma coisa na linguagem comum
precisam ser selecionados. Temperatura, quentura e calor são usados de forma quase
indistinta, mas os cientistas os distinguem bastante.
A quentura é vista como uma forma suave de calor e é excluída do vocabulário científico.
Trata-se de calor em pequenas quantidades e, portanto, não merece um termo especial.
Restam, assim, somente a temperatura e o calor, sendo que a primeira, medida por um
termômetro, refere-se à intensidade ou força do fenômeno, ao passo que o calor, menos
passível de observação direta, mede-se sua quantidade. Se o calor fosse um pedaço de
queijo, a temperatura mediria o seu sabor e o calor o seu volume. A temperatura, assim
como o sabor, pode ser determinada a partir até de uma pequena amostra do material,
enquanto o calor, assim como o volume, depende da quantidade total de matéria a ser
considerada.
VON BAEYER, Hans. A Física e o mundo que nos rodeia, 1994.
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Após a leitura que trouxe informações importantes sobre o conceito de calor e sua
importância na vida do homem moderno assista ao vídeo indicado a seguir para
aprofundar o seu estudo. O vídeo além de abordar a ideia de calor procura trata
também do conceito de temperatura.
Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=mRu4Wdi5lP8>. Acesso em: 29 jan 2014. 16h41min.
http://www.youtube.com/watch?v=mRu4Wdi5lP8
1. Utilize o espaço abaixo para escrever suas primeiras conclusões sobre o
significado de calor e sua diferença de temperatura.
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É comum fazermos confusão entre calor e temperatura. A temperatura é uma
grandeza que mede o grau de agitação das moléculas. Já o calor está associado
com a ideia de energia. E não é uma energia qualquer. O calor está associado com
a transferência de energia para outro devido à diferença de temperatura existente
entre eles. Tal transferência ocorre até que os corpos igualem suas temperaturas,
chegando, então, ao equilíbrio térmico.
2. E você sabe o que são fontes de calor? Cite exemplos.
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Fontes de calor
A grande fonte natural de calor para os seres e as coisas da Terra é o Sol. Mas não
devemos esquecer que o nosso próprio planeta possui, na maior parte do seu miolo
central, um imenso núcleo de material em alta temperatura. Esse material,
ocasionalmente, é lançado para fora através dos vulcões. Isso mostra que a própria
Terra é uma fonte natural de calor. É a alta pressão em que se encontra a matéria no
centro do globo terrestre que justifica a elevada temperatura interior do planeta. As
águas termais e a lava dos vulcões comprovam o calor que existe no centro da Terra.
Dentre as fontes naturais de calor podemos citar o Sol, o fogo, o magma (lava)
incandescente do interior da Terra, bem como o calor animal produzido pelas reações
químicas que se passam no interior dos organismos. Entre as fontes artificiais de
calor, pode-se citar o atrito (podemos obter o fogo atritando pedras ou pedaços de
madeira) e a eletricidade (aquecedores elétricos e ferro de passar).
3. Comente a afirmação abaixo
O calor está no fogão, na cozinha, na casa, no prédio e no mundo.
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Parte 2 – Formas de propagação do calor
A cozinha é um bom local para compreendermos alguns fenômenos físicos e
fazermos uso de conceitos científicos. Quando queremos preparar ou aquecer nossa
comida, utilizamos o fogo, as panelas, colheres além, é claro, dos temperos e da
própria comida.
Você deve conhecer alguém que se queimou durante o preparo da comida, ao
encostar a mão numa panela quente, ou ao pegar numa colher que foi esquecida
dentro da panela, ou com a chama do fogão.
Afinal, como é que a energia térmica do fogo passa pela panela, esquenta a comida e
ainda chega até a colher, sendo que às vezes até queima a nossa mão?
A energia térmica pode ser transmitida por três processos:
 Condução
 Convecção
 Radiação (ou irradiação)
O que acontece com a colher de metal é um bom exemplo de calor de condução. A
ponta da colher mergulhada na panela aquece e transmite essa energia térmica
porque existe uma diferença de temperatura entre as duas pontas da colher. A
energia vai da parte mais quente para a mais fria. A colher pode ser de madeira ou de
metal e isso faz muita diferença, pois se você esquecer uma colher de metal, o cabo
fica muito quente, já a de madeira fica com o cabo pouco quente. Isso ocorre porque o
metal é melhor condutor de calor que a madeira, que é um isolante térmico, ou seja,
tem maior dificuldade para transmitir a energia térmica.
Vamos fazer algumas atividades experimentais para observar
as formas de propagação do calor.
Atividade 1 – Condução do calor
Material necessário
 Uma colher de metal.
 Três moedas iguais.
 Uma vela.
Fixe no cabo da colher em três posições diferentes, as três
moedas. Para isso derreta um pouco a vela e a utilize como
cola. Agora verifique se as moedas estão bem presas à colher.
Se estiverem, coloque a ponta da colher no fogo e veja o que
acontece com as moedas.
Tome cuidado para não queimar sua mão, pois a colher depois
de algum tempo ficará muito quente.
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4. Escreva abaixo suas conclusões depois que realizou o experimento.
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Atividade 2 – Convecção
Material necessário

Uma folha de sulfite.

Uma tesoura.

Linha de costura.

Uma vela.
Desenhe na folha um espiral que utilize a maior
parte do papel;
Corte-a, de modo a formar uma espécie de “cobra”;
Amarre uma linha no início da espiral e
pendure-a a 50 cm do chão, de forma que ela
possa girar livremente.
Posicione a vela acesa abaixo da espiral.
movimento realizado pela espiral.
Observe o
Tome cuidado para que a chama da vela não queime o
papel.
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5. Escreva abaixo suas observações sobre o experimento realizado.
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Caso não se disponha do material necessário para a realização do experimento
trabalhe com os alunos um vídeo disponível no Portal Ej@ > Biblioteca digital >
Ciências da Natureza > Indicações > Vídeos > Ciências da Natureza > Propagação do
calor por convecção.
Ao acessar o endereço clique em “Propagação do calor por convecção” para ter
acesso ao vídeo.
Observe, no vídeo, que foi montada uma
estrutura que faz girar pequenos objetos quando
uma vela é acesa.
Observe atentamente no vídeo que
1. inicialmente a estrutura está com os objetos
parados.
2. acendendo a vela os objetos começam a girar
em torno de um eixo.
3. apagando a vela os objetos diminuem a
velocidade até parar.
4. acendendo novamente a vela os objetos
voltam a girar em torno do eixo.
5. e, novamente, apagando a vela os objetos
deixam de se movimentar.
O processo de convecção está presente na água que ferve, no ar que circula dentro
da geladeira e na brisa do mar.
Você já reparou que, durante a fervura, a água fica rodando. Já percebeu que, nas
geladeiras, as prateleiras, são vazadas. Além disso a brisa do mar “sopra” para o
oceano durante a noite e “sopra” para a terra durante o dia.
Nesses casos, além da condução que ocorre na matéria, também se verifica um outro
processo de transmissão de energia térmica, a convecção, observada principalmente
em líquidos e gases. A convecção é um processo de transmissão de energia térmica
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mais eficiente que a condução e é decorrente da diferença de densidade entre o ar
quente e o ar frio.
A água fervendo é um bom exemplo para se entender a convecção. A água no fundo
da panela aquece por condução – estando mais quente, ela passa a ter uma
densidade menor que a água fria na superfície da panela; assim, a água fria desce e a
água quente sobe, formando um ciclo.
6. Quando abrimos a geladeira, observamos que o congelador é situado na parte
superior. Analise a situação, compare com o assunto que você já conhece sobre
transferência de energia e explique a razão para isso.
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Atividade 3 – Radiação
Material necessário
 Uma vela
A experiência é bem simples!
Acenda uma vela e aproxime sua(s) mão(s), sem tocar na chama. Observe o que
acontece.
Mesmo não tocando na chama você pode sentir que sua mão se aqueceu. Nessa
situação tanto a luz proveniente da chama quanto o calor foram transmitidos pelo
processo de radiação.
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Tanto na condução como na convecção é preciso que haja matéria para a
transmissão da energia térmica que vem do sol não pode chegar até aqui por esses
processos, já que entre a Terra e o Sol há pouca matéria. Ainda assim, recebemos a
luz e o calor do Sol.
Quando nos sentamos próximos a uma fogueira, recebemos quase toda energia
térmica que nos aquece por radiação. Se você colocar um papelão entre você e a
fogueira, apesar de não diminuir o processo de condução nem o de convecção, o
papelão opaco consegue bloquear a radiação térmica ou infravermelha, e
imediatamente paramos de sentir o aquecimento. Basta retirar o papelão da frente
para voltarmos a sentir imediatamente o aquecimento. Nesse caso, o papelão opaco
consegue bloquear o processo de transmissão de energia por radiação.
Provavelmente você já entrou num carro fechado depois que ele ficou algumas horas
ao Sol. Dentro dele fica muito quente, um fenômeno parecido com o que ocorre nas
estufas.
As estufas são ambientes fechados feitos de vidro ou plástico. Esses materiais
dificultam a passagem da radiação térmica, mas são transparentes à luz.
Os materiais dentro do carro ou da estufa são aquecidos pela luz solar, que é
absorvida e transformada em calor. Aquecidos, esses materiais emitem radiação
infravermelha que é, em sua maior parte, retida pelos vidros ou plásticos,
esquentando o ambiente. É dessa forma que o carro acaba virando uma estufa.
Da mesma forma que os carros, prédios de metal com revestimento de vidro também
acabam virando estufas. Eles são muito comuns em cidades grandes apesar de muito
bonitos, são gigantescas estufas.
Em locais de clima frio, como os países europeus ou do sul da América, esses prédios
podem ser muito bons, pois armazenam a energia térmica, diminuindo a necessidade
de aquecimento das instalações, mas num país tropical como o Brasil, o interior do
prédio fica muito quente, sendo necessário um gasto enorme de energia elétrica com
a refrigeração forçada do ar condicionado central.
7. Imagine uma pessoa que vai passar a roupa e coloca a mão sob a base metálica
do ferro elétrico, sem a tocar. Ela certamente sentirá o calor na mão. Indique a
alternativa que apresenta o nome da forma de transmissão de calor que ocorreu entre
o ferro e a mão.
a) Condução.
b) Convecção.
c) Radiação.
d) Condução e convecção.
e) Convecção e irradiação.
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8. Observe a ilustração e indique a forma de propagação de calor em cada uma das
situações indicadas.
Disponível em: <http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=26851>.
Acesso em 31 jan. 2014. 16h55min.
9. Para conservar as bebidas geladas durante um evento foram utilizadas caixas de
isopor. Analise a situação e reflita por que não usamos, por exemplo, caixas de
metais.
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10. Quando retiramos uma fôrma de bolo que está dentro de um forno a 160 ºC
usamos uma luva grossa ou um pano grosso e dobrado. Explique o motivo desse
procedimento .
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11. Quando servimos um cafezinho, devemos fechar a garrafa térmica em seguida.
Explique a razão desse procedimento.
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12. Analisando as imagens abaixo identifique a forma de propagação do calor, em
cada situação.
Disponível
em:<www.cataventonew.blogspot.com>.
Acesso em: 03 fev 2014. 09h55min.
Ar-condicionado
Correntes
de ar
Aquecedor
GASPAR, Alberto. Física – vol. 2, 2000.
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Parte 3 – Calor específico
Agora que já abordamos o conceito de calor e suas formas de propagação vamos
retomar outro conceito importante. Trata-se do calor especifico.
O calor específico, na Física é identificado pela letra “c”. Considere 1 grama de uma
substância.
A quantidade de calor necessária para elevar em 1oC a temperatura desse 1 grama
de substância é denominada calor específico.
Por exemplo, o calor específico da água é igual a 1,0 cal/gºC. isso significa que é
necessário fornecer uma quantidade de calor de 1,0 cal para que se eleve em 1ºC
esse 1 grama de água.
Sendo assim quanto menor o calor específico de uma substância, mais facilmente ela
pode sofrer variações em sua temperatura.
Leia atentamente o texto a seguir:
Durante o dia, a temperatura no deserto é muito elevada e, durante a noite, sofre
uma grande redução. Isto ocorre em virtude do pequeno calor específico da área.
Quanto maior o calor específico de uma substância, menor ele se aquece ao receber
certa quantidade de calor. A água é uma das substâncias calor específico de valor
mais elevado. Por essa razão, certa massa de água (lago, rio, piscina etc), ao
receber calor do Sol, sofre pequenas variações em sua temperatura, em
comparação com outros objetos situados em sua vizinhança. Ainda pelo mesmo
motivo, quando o Sol se põe, isto é, quando a água e os outros objetos liberarem
calor para o ambiente, o resfriamento da água é muito mais lento que o daqueles
objetos. Assim, é fácil entender por que é tão agradável mergulhar na agua em um
dia muito quente.
Por outro lado, como a areia tem um calor específico de valor pouco elevado, ela se
aquece e se resfria com facilidade. Por isso, nos desertos, embora os dias sejam
excessivamente quentes, as noites costumam apresentar temperaturas muito
baixas.
ALVARENGA, Beatriz. Física, 2005.
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Indica-se no quadro a seguir, o calor específico de algumas substâncias.
Para pensar e pesquisar
Observando os valores apresentados no quadro anterior pesquise o porquê da
utilização do mercúrio em termômetros e de água na refrigeração de motores de
automóveis.
Uma equação importante
Na determinação da quantidade de calor cedido ou retirado de um corpo quando
ocorre variação em sua temperatura utiliza-se a expressão
ΔQ = m.c.Δ
Onde
m é a massa,
c o calor específico
Δ é a variação de temperatura
Atenção: Para que a grandeza ΔQ (quantidade de calor) ser expressa em cal
(calorias), é necessário que a variação da temperatura Δ seja expressa em ºC
(graus Celsius), o calor específico c em cal/gºC (calorias por grama graus Celsius) e
a massa m em g (gramas).
13. (Furg-RS) O gráfico representa a temperatura de um corpo em função do tempo,
ao ser aquecido por uma fonte que fornece calor a uma potência constante de 180
cal/min. Se a massa do corpo é 200 g, então o seu calor específico vale
T (ºC)
a) 0,180 cal/g °C.
b) 0,150 cal/g °C.
120
c) 0,120 cal/g °C.
d) 0,090 cal/g °C.
e) 0,075 cal/g °C.
20
t (min)
0
10
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Para finalizar resolva o exercício a seguir. Para sua resolução é necessário que você
lembre-se da a relação existente entre a quantidade de calor necessária para um
corpo aumentar sua temperatura e a quantidade de calor necessária para um corpo
sofrer uma mudança de estado (ou de fase)
14. (Fatec 2005) Na tabela, é possível ler os valores do calor específico de cinco
substâncias no estado líquido, e no gráfico, é representada a curva de aquecimento
de 100 g de uma dessas substâncias.
Substância
Calor específico (cal/g ºC)
Água
1,00
Álcool etílico
0,58
Ácido acético
0,49
Acetona
0,52
Benzeno
0,43
Temperatura (ºC)
80
5,5
Calorias
0
3203,5
A curva de aquecimento apresentada é a da
a) da água.
b) do álcool etílico.
c) do ácido acético.
d) da acetona.
e) do benzeno.
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15. (Uel - 2012) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por
exemplo, um forno é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras.
Para isso, o ferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa
de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura
em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do ferro vale
0,1 cal/gºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a
ser cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.
Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC.
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16. (IFSP – 2011) A temperatura normal do corpo humano é de 36,5 °C. Considere
uma pessoa de 80 Kg de massa e que esteja com febre a uma temperatura de 40°C.
Admitindo que o corpo seja feito basicamente de água, podemos dizer que a
quantidade de energia, em quilocalorias (kcal), que o corpo dessa pessoa gastou para
elevar sua temperatura até este estado febril, deve ser mais próxima de
Dado: calor específico da água c = 1,0 cal/g°C.
a) 200.
b) 280.
c) 320.
d) 360.
e) 420.
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Ao final dessa atividade espera-se que você tenha aprofundado seus conhecimentos
sobre o conceito de calor e sua utilidade e importância em varias situações do seu dia
a dia. Utilize o espaço abaixo para escrever seus comentários comentando, por
exemplo, situações cotidianas e aplicações tecnológicas onde o calor se evidencia.
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Sugestão de filme
O dia depois de amanhã (The Day After Tomorrow). O filme retrata os efeitos
catastróficos do aquecimento global
Referências Bibliográficas
ALVARENGA B. Física – volume 2. São Paulo: Scipione, 2005.
GASPAR, A. FÍsica, volume 2. São Paulo: Ática, 2000.
HAMBURGER, E. Telecurso: Física: ensino médio - 2 ed. Rio de Janeiro: Fundação
Roberto Marinho, 2008.
INEP. ENCCEJA – Ciências da natureza e suas tecnologias: livro do estudante:
ensino médio. Brasília : MEC : INEP, 2006.
O dia depois de amanhã. Direção: Roland Emmerich. Produção: Roland Emmerich.
Intérpretes: Dennis Quaid, Jake Gyllenhaal, Emmy Rossum e outros. Roteiro: Roland
Emmerich e Jeffrey Nachmanoff. Música: Harald Kloser, Thomas Wanker. Montreal:
20th Century Fox, 1 DVD (124 min), color.
SOARES, J. L. Química e Física. São Paulo: Moderna, 1989.
VON BAEYER, H. A Física e o mundo que nos rodeia. Rio de Janeiro: Campus, 1994.
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