Módulo III. Processos de manutenção da vida Bloco I eixo Temático: Biológico



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Módulo III. Processos de manutenção da vida – Bloco I

Eixo Temático: Biológico

Unidade EB2. Físico-Química

Profa. Acácia Pinho

ATIVIDADE PRÁTICA: ROTEIRO CALOR E TEMPERATURA (adaptado de Mortimer)

Embora seja um conceito básico para o entendimento da maioria dos fenômenos de interesse da ciência, não é simples definir energia. A definição clássica — a capacidade de realizar trabalho — está relacionada ao uso das primeiras máquinas térmicas, nas quais a energia química de combustíveis como amadeira era usada para a produção de vapor, que as movimentava. Praticamente todas as formas de energia que conhecemos dependem, direta ou indiretamente, da energia luminosa que recebemos do sol. A fotossíntese é o processo fundamental pelo qual as plantas usam energia solar para transformar gás carbônico e água em alimentos e combustíveis. Nosso corpo depende da energia dos alimentos para executar suas funções vitais. Mesmo a energia usada nos transportes e na produção da maioria dos materiais provém de combustíveis fósseis, que em última análise originaram-se também por fotossíntese. A obtenção de tanta energia para consumo humano tem causado muitos problemas ambientais — a poluição nas grandes cidades, o aumento do efeito estufa e a chuva ácida, entre tantos outros. O uso de alguns conceitos— energia, calor, temperatura — que já estamos acostumados a usar no nosso dia-a-dia, não têm o mesmo significado na ciência e na linguagem comum. Consideramos inviável querer extinguir as concepções cotidianas sobre calor e temperatura, enraizadas que estão na linguagem cotidiana, dada a existência de um grande número de situações a que essas concepções são aplicadas com sucesso. Afinal, mesmo os cientistas entendem perfeitamente o que se quer dizer com uma expressão como “agasalho bem quente”. Do ponto de vista científico, sabe-se que o agasalho não é quente, mas apenas um bom isolante térmico. Seria, no entanto, desconcertante chegar a uma loja pedir ao vendedor um “agasalho feito de um material que seja um bom isolante térmico e impeça meu corpo de trocar calor com o ambiente”. Portanto, dependemos das concepções sobre calor e temperatura expressas na linguagem cotidiana para comunicar e sobreviver no nosso dia-a-dia. A literatura descreve três características principais das concepções de calor e temperatura apresentadas por estudantes, que estão intimamente relacionadas à forma como nos expressamos sobre esses fenômenos na vida cotidiana: • O calor é uma substância. • Existem dois tipos de ‘calor’: o quente e o frio. • O calor é diretamente proporcional à temperatura.

A primeira idéia, de que o calor é uma substância, combinada com a segunda, de que existem dois tipos de calor, resulta em que o calor e o frio sejam pensados como atributos de substâncias e materiais. De acordo com essas idéias, um corpo quente possui calor enquanto um corpo frio possui frio. Afinal, estamos acostumados a dizer que colocamos uma pedra de gelo numa bebida para esfriar essa bebida. Essa maneira de dizer sugere que o gelo transfere ‘frio’ para a bebida. Na ciência, ao contrário do que ocorre na vida cotidiana, não admitimos a existência de

dois processos de transferência de energia — o do calor e o do frio —, mas apenas de um, o do calor. Isso significa que a bebida esfria porque transfere energia para a pedra de gelo até que todo o sistema esteja a uma mesma temperatura. O calor, sendo uma forma de energia, não é uma substância. A idéia de que o calor é uma substância está por trás da idéia de que um corpo pode conter calor, ou seja, de que calor e frio são atributos dos materiais. Essa idéia já foi aceita por muitos cientistas no passado, que consideravam que todos os corpos possuíam em seu interior uma substância fluida invisível e de massa desprezível que denominavam calórico. Um corpo de maior temperatura possuía mais calórico do que um corpo de menor temperatura. Lavoisier (1743-1794), por exemplo, listava o calórico como uma das substâncias elementares. Hoje sabemos que uma substância pode armazenar energia, mas não contém calor. A teoria do calórico pensado como substância foi abandonada em favor da teoria do calor pensado como energia, principalmente por não poder explicar o aquecimento de objetos de outra maneira que não por meio de uma fonte de calor — por exemplo, por atrito. Benjamin Thompson (1753- 1814), engenheiro americano exilado na Inglaterra e conde do Sacro Império que adotou o título de Conde Rumford em homenagem ao local nos Estados Unidos de onde provinha sua esposa, introduziu a idéia de que calor era energia não substância em 1798, ao atribuir o aquecimento de peças metálicas, quando perfuradas, à energia mecânica empregada em sua perfuração. A idéia de que o calor é diretamente proporcional à temperatura tem sua origem na maneira como lidamos com ‘calor’ na vida cotidiana. As expressões ‘faz muito calor’, ‘calor humano’ etc. são exemplos de como essa idéia está arraigada na linguagem. Afinal, só dizemos que ‘faz muito calor’ quando a temperatura está alta. Essas idéias fazem com que os conceitos de calor e temperatura sejam muitas vezes considerados idênticos. O conceito de temperatura, do ponto de vista científico, deriva da observação de que energia pode fluir de um corpo para outro quando eles estão em contato. A temperatura é a propriedade que nos diz a direção do fluxo de energia. Assim, se a energia flui de um corpo A para um corpo B, podemos dizer que A está a uma temperatura maior do que B. Essa maneira de definir a temperatura também estabelece a relação entre calor e temperatura. O calor, como fluxo de energia, sempre passa de um sistema a uma temperatura maior para outro a uma temperatura menor, quando os dois estão em contato. Deve-se destacar que só há fluxo de energia e, portanto, calor, quando há diferença de temperatura. O calor é, dessa maneira, diretamente proporcional à diferença de temperatura entre os dois sistemas entre os quais está havendo a transferência de calor, e não à temperatura de qualquer dos sistemas.


Atividade 1

Comparação de um termômetro de laboratório com um termômetro clínico.


Objetivo

Entender o funcionamento dos termômetros e discutir a idéia de equilíbrio térmico.


Procedimento

  1. Observar e desenhar o bulbo e o capilar de um termômetro clínico e de um termômetro de laboratório.

  2. Aferir a temperatura dos corpos, objetos ou sistemas disponíveis com os dois termômetros.

    1. Agitar o termômetro clinico antes da aferição.

    2. Fazer a leitura observando os valores da temperatura, mantendo os termômetros no local e retirando do local de aferição.

  3. Por que podemos afirmar que um termômetro mede a temperatura de um corpo? Por que a temperatura lida no termômetro é a mesma temperatura do sistema?

  4. Entendendo....


Atividade 2

Sensação de quente e frio, temperatura e calor específico.


Objetivo

Entender a diferença entre a sensação de quente e frio e o conceito de temperatura.


Procedimento

  1. Tocar os blocos — um de madeira e outro de alumínio — e tentem avaliar, pelo toque, suas temperaturas.

  2. Introduzir um termômetro nos orifícios de cada um dos blocos e anotar a temperatura.

  3. Entendendo....



Atividade 3

Temperatura e calor


Objetivo

Estabelecer a relação entre calor e diferença de temperatura, por meio do cálculo da quantidade de calor transferida entre duas massas iguais de água, a diferentes temperaturas.


Procedimento

  1. Misturar em um béquer de 100 mL 50mL de água a 300C com 50mL de água a 600C. Medir a temperatura final

  2. Misturar em um béquer de 100 mL 50mL de água a 700C com 80mL de água a 800C. Medir a temperatura final

  3. Fazer previsão sobre qual das duas situações envolverá maior quantidade de calor, ganho ou perdido.

  4. Calcular usando a expressão Q = m c ∆T, a quantidade de calor perdida pelo sistema contendo água à temperatura mais elevada e a quantidade de calor ganha pelo sistema contendo água à temperatura mais baixa, quando essas duas quantidades de água são misturadas.

  5. Entendendo..



Atividade 4

Condições para que a água entre em ebulição


Objetivo


Suporte

Tubo Ensaio Garra

Bequer


Aquecerdor
R eforçar a idéia de que só existe transferência de calor quando há uma diferença de temperatura entre dois sistemas.

Procedimento

  1. Montar o sistema para aquecimento de água no béquer e no tubo de ensaio (ver esquema da montagem)

  2. Deve-se e colocar um tubo de ensaio contendo água dentro desse béquer com água, de modo que o tubo de ensaio não encoste nas paredes ou no fundo do béquer, o que caracteriza um ‘banhomaria’.

  3. Qual deve ser a temperatura da água dentro do tubo de ensaio e da água dentro do béquer durante o aquecimento?

  4. Proceder o aquecimento até 1000C, medir temperatura da água dentro e fora do tubo de ensaio.

  5. Entendendo....



Atividade Complementar

  1. Explique por que certos sistemas - por exemplo, o corpo humano, uma vela e um ferro de passar roupa – não seguem o princípio do equilíbrio térmico.

  2. Considerando que o calor específico da água, em cal g-1 0C-1 , é igual a 1,0 e que o do ar, nas mesmas unidades, é aproximadamente 0,24, explicar por que a água de uma piscina, no verão, geralmente é mais fria que o ar durante o dia e mais quente durante a noite.

  3. Resumo do entendendo Atividade 1

  4. Resumo do entendendo Atividade 2

  5. Resumo do entendendo Atividade 3

  6. Resumo do entendendo Atividade 4


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