Café, praia e Sol: O conceito Físico de calor e suas formas de propagação.

café e praiaFeliz ano de 2017 meus queridos amigos, alunos e leitores, amantes, ou não (ainda) da Física. Observe a imagem ao lado e me diga, qual a relação entre café e praia?

Nossa conversa de hoje está relacionada ao conceito Físico de calor, que já discutimos em posts anteriores, inclusive já conceituamos calor, como a relação direta da Energia em trânsito, que pode ser traduzido como processo de transformação de energia. Porém hoje eu quero ir mais além com todos vocês, pois quero conversar sobre um ramo da Física que é extremamente importante e envolve pouca matemática, pois a maior parte de seu desenvolvimento é teórico, na tentativa de compreender o fenômeno do calor, sim o calor que você sente na praia, ou o calor que vem de um cafezinho fresco pela manhã, vem comigo, vem ser sucesso.

O ramo da Física que estuda os fenômenos relacionados ao calor e á variação de temperatura de um corpo, inclusive quantizando este calor é a Calorimetria.

Lembre – se: o calor corresponde a troca de energia que ocorre entre os corpos, enquanto a temperatura é uma grandeza associada à agitação das moléculas presentes nos corpos.

Calor é um conceito físico que caracteriza a troca de energia entre corpos, porém esta troca de energia tem um sentido bem específico e ocorre de forma a se propagar sempre do corpo mais quente (alta temperatura) para o corpo mais frio (baixa temperatura), com o intuito de atingirem o equilíbrio térmico (temperaturas iguais).

Este fenômeno ocorre através de contato térmico entre os corpos, devido a diferença de temperatura entre os mesmo, ou seja, as partículas de cada um dos corpos tem um estado de agitação molecular diferente, essas colisões decorrente dos contatos, faz com que as partículas com maior estado de energia vibracional (agitação/temperatura), transferia energia para as moléculas de menor estado vibracional (agitação/temperatura). Assim, em resumo, o calor ou a energia calorífica, consiste na transição de energia térmica de um corpo ao outro.

No Sistema Internacional de Unidades e Medidas (S.I), o calor é medido em calorias (cal) ou em joules (J). Importante destacar que uma caloria equivale a 4,2 joules aproximadamente.

O equivalente mecânico do calor: Um pouco de História

Lembre-se que aqui não queremos nada de decoreba, certo pessoal, então vamos lá: O jovem se chama James Prescott Joule, nascido em Salford, Inglaterra no ano de 1818, filho de um dos mais conhecidos e prósperos cervejeiros, não precisou trabalhar desde cedo, logo pôde se dedicar a uma vida de investigação, sem se preocupar com dinheiro.

O jovem Joule vivia nos seu cotidiano investigativo, realizando diversas pesquisas, que contribuíam para o melhoramento do processo de produção da cervejaria de seu pai, porém dentre os resultados, um dos mais importantes contribuiu para a elaboração conceitual do princípio da conservação da energia.

Durante um período de sua vida, Joule dedicou-se à construção de diversos experimentos, com o objetivo de demonstrar que com a diminuição da energia mecânica haveria transferência de certa quantidade de energia (calor) em igual valor.

Seu invento mais conhecido consistia em um dispositivo no qual duas massas presas por um fio passavam por duas roldanas, conforme mostra a figura acima.

De acordo com o movimento de descida das massas, o sistema de aletas girava fazendo com que a temperatura da água no interior do recipiente aumentasse. Como as áreas de contato eram bem lubrificadas, a diminuição da energia potencial gravitacional das massas fazia com que a água ficasse mais “agitada”, isto é, havia um aumento de sua energia cinética.

A partir do momento em que as massas parassem, a água entraria em repouso. Joule observou que a temperatura da água aumentava e isso correspondia a um aumento de sua energia interna. Em outras palavras, o trabalho realizado pela força da gravidade era convertido em aumento da energia interna.

Joule pôde estabelecer uma relação entre o trabalho e a quantidade de energia transferida na forma de calor (ou o equivalente mecânico do calor, como também é denominado). Dessa forma, determinou, pelas massas, a variação de altura e o trabalho realizado pela força da gravidade; e calculou pelo ΔQ, a variação da energia interna sofrida pela água. Ele estabeleceu que 4180 J de energia correspondiam a 1000 cal, ou seja, 1 cal equivale a 4,18 J.

Propagação do Calor

Bom para podermos compreender como o calor pode passar de um corpo para ouro, vamos dar uma olhada nos processos de transferência de calor, que podem ocorrer de três maneiras distintas: condução, convecção e irradiação.

Condução

Na condução térmica, a propagação do calor ocorre devido ao aumento da temperatura de um corpo, de forma que a energia cinética aumenta a partir da agitação das moléculas.

Um exemplo dessa transferência de energia calorífica acontece ao mexer uma panela no fogo com uma colher de alumínio, e forma que, o alumínio rapidamente se esquenta queimando a mão.

Convecção

Na convecção térmica, a transferência de calor acontece por meio das correntes de convecção que ocorre entre os líquidos e os gases, decorrente do aumento da temperatura em ambientes fechados.

Isso explica o aquecimento da água numa panela fechada, que acontece por meio das correntes da convecção, donde a água que está mais próxima do lume, sobe, enquanto a que está fria, desce.

Nesse sentido, a água ferverá mais rápido se a panela estiver fechada.

Irradiação

A Irradiação térmica corresponde a transferência calorífica por meio de ondas eletromagnéticas, de forma que ocorre sem que haja o contato entre os corpos, por exemplo, a irradiação solar que incide no planeta Terra.

Pessoal, vou ficando por aqui, na próxima aula, não fiquem de cabelos m p´, vamos continuar a falar de calor, porém falaremos de Quantização de calor, que corresponde ao conhecimento da quantidade de energia envolvida em processos calorífico. Muito bem, vou retornar ao meu café, só que agora vou tomar um Ice coffe, pois aqui o calor está quase insuportável. Abraços

Estudante de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Atualmente mora em Londrina. É um dos responsáveis pela fundação do EducaHelp, plataforma de desenvolvimento de conteúdos para Pré-Vestibular.
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Lucas Montini

Estudante de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Atualmente mora em Londrina. É um dos responsáveis pela fundação do EducaHelp, plataforma de desenvolvimento de conteúdos para Pré-Vestibular.

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