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TERMOLOGIA – DEFINIÇÃO DE CALOR E TEMPERATURA

Objetivos

– Compreender o significado físico de calor e temperatura, sabendo diferenciá-los e enuncia-los com clareza.

– Compreender as principais fontes de calor e como se propagam.

Metodologia

Nesta primeira aula, introduziremos o conceito de calor, temperatura e algumas das possíveis fontes de calor mais comuns.

O assunto encontra-se disponível no Caderno do Aluno, nas páginas 5, 6 e 7.

Para um melhor entendimento, preste atenção nas aulas expositivas, assista os vídeos sugeridos ou outros relacionados ao tema. Pesquise em livros, internet, revistas e outras fontes de consulta que encontrar.

Avaliação

Serão avaliadas as respostas às questões propostas no caderno do Aluno nas páginas 6 e 7.

 


Por que sentimos frio ou calor?
Por que ficamos todo arrepiado e trememos de 
frio?
Quais são os mecanismos que geram, em nós, o suor e qual a sua função?
E a febre?
Como o calor
 se transfere de um lugar para outro?

Bem, vejamos:

O frio

De início, devemos lembrar que o ser humano é um animal homeotérmico, ou seja, existe uma estreita faixa de temperaturas — que fica ao redor dos 36,1ºC — dentro da qual nosso corpo consegue funcionar adequadamente, regulando as funções de nossas células; fora desta faixa, problemas graves podem ocorrer e até mesmo ocasionar a morte.
Para evitar que nossa temperatura corporal saia fora dessa estreita faixa, nosso organismo criou mecanismos de defesa.
Quando o ambiente está frio, e começamos a perder calor para ele, são acionados, de início, os horripiladores, pequeninos músculos que ficam na raiz de cada pelo que temos espalhados pelo corpo. Esse acionamento causa de imediato o conhecido arrepio, uma onda de trepidação muscular pelo corpo todo. A tremedeira, que logo depois se estende a outros músculos, é nossa primeira proteção, pois tremer é um processo mecânico para gerar calor.
Além disso, os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e, como o ar é um bom isolante térmico, eis nosso primeiro agasalho natural. Quanto mais pelo, mais ar é aprisionado e tanto melhor será esse agasalho natural. Nas aves, tal agasalho é constituído pelas penas.
Outra proteção natural do corpo é o embolar ; fechamos as mãos, cruzamos os braços, encolhemos as pernas e curvamos o corpo — tudo isso para diminuir a superfície externa exposta — quando menor a superfície exposta, menor será a área pela qual o calor pode escapar para o ambiente.
Está percebendo porque, no frio, o gato dorme todo enrolado, os bois se juntam ao máximo e você se encolhe todo sob os cobertores? O segredo é diminuir a superfície exposta! Quando isto não for suficiente, teremos que apelar para os agasalhos — eles engrossam as camadas de ar ao redor de nossa pele proporcionando maior isolamento térmico.
Cobertores não “esquentam” ninguém! Eles apenas aprisionam uma boa camada de ar ao nosso redor e, como o ar aprisionado é um bom isolante térmico, impede a perda de calor do corpo para o ambiente.

O calor

E quando sentimos calor?

Aí inverte tudo: agora é a vez do nosso corpo receber calor do ambiente que está mais quente do que nós próprios.

Que fazer para remediar este acréscimo exagerado de calor que recebemos do ambiente?
Ora, devemos dar um jeito de jogar calor para fora do corpo. Lá vem nossa proteção: o sangue intensifica sua técnica de fluir e passa a irrigar partes mais próxima da pele — é aquele vermelhão que começamos a ver e sentir na pele — como a camada protetora do sangue diminui (pois está mais próximo da epiderme), o calor pode mais facilmente se transferir dele para a superfície da pele e escapar para o ambiente.

O suor

Se isso ainda não é suficiente, lá vem mais proteção: entram em ação as glândulas sudoríparas. São glândulas em forma de tubos que se abrem na superfície da pele formando os poros — elas expelem osuor — e esse, ao evaporar retira mais calor da própria pele, esfriando-a.

Então:

  • Sentir frio é perder calor exageradamente.
  • Sentir calor é receber calor exageradamente.

​Sempre é o calor que vai do lugar mais quente para outro mais frio. Frio não é coisa que entra ou coisa que sai — frio é uma sensação ocasionada por perda de calor! — não ‘ondas de frio’, há massas de ar frio que passam por nós e que retiram calor de nossos corpos … e temos a sensação de frio!

A febre

Mesmo sendo animais homeotérmicos, há situações em que nosso organismo precisa de uma temperatura maior que a normal para seu bom desempenho e isso ocorre, por exemplo, quando somos atacados por microorganismos — vírus e bactérias — e nossas defesas internas ( glóbulos brancos e seu exército) precisam lutar contra eles para nos defender. Acontece que essas defesas são realizadas à custa de reações químicas, cuja eficiência aumenta com o aumento da velocidade com que se processam estas reações.

Sabe qual é um dos fatores que aumenta esta velocidade?

Sim, é isso mesmo, a temperatura!
Para ajudar os glóbulos no combate a essa invasão de microorganismos nosso organismo decide, nesta situação de guerra, aumentar a temperatura corporal bem acima dos 36,1ºC. Está instalada a febre — não é ela uma doença em si, mas a conseqüência de uma luta que está sendo travada em nosso benefício — não é um problema, pelo contrário, é até um benefício, pois nos mostra que estamos equipados com mecanismos adequados de defesa. Pior seria se não tivéssemos febre! Aí os microorganismos acabariam conosco num piscar de olhos.
O problema aparece quando nosso organismo, em desespero de causa, continua a aumentar a temperatura corporal; as vezes, para além dos 40oC: ai o bicho pega! A temperatura passa a ser um problema seríssimo, pois aniquila nossas enzimas e nossas células podendo, mesmo, ocasionar a morte. Antes de chegar a tal situação, devemos fazer algo para baixar a temperatura. É ai que entram os medicamentos para controlar a febre, e não para acabar com ela … e conosco!

O cobertor realmente nos esquenta?

Preliminares

O calor pode transmitir-se, de um local mais quente para outro mais frio, de três modos: condução,convecção e irradiação. Ainda que os três  possam ocorrer de forma simultânea, um deles pode ter maior relevância, sobre os outros, em cada situação.


Transmissão de calor por CONVECÇÃO

Como vimos, sentimos frio quando nosso corpo perde calor. Quando maior a rapidez dessa perda, maior será também a sensação de frio. Na perda de calor através da pele, a convecção contribui de forma decisiva. Esse modo de propagação do calor ocorre apenas com os fluidos (líquidos e gases) e pressupõe-se a existência de correntes (fluxos) no interior deles. Massas de fluidos a baixas temperaturas são substituídas por massas de fluido a maior temperatura que estão em contato com a fonte de calor. Esses movimentos do fluido produzem-se, em geral, como conseqüência de uma diferença de peso específico que o fluido quente apresenta em relação ao fluido frio. Devido a isso, o fator ‘existência de gravidade’ é preponderante nesse tipo de convecção.
Se em um recipiente transparente contendo água que está sendo aquecida acrescentarmos uma gotas de corante (figura abaixo, esquerda), poderemos observar facilmente as correntes de convecção. Elas se manifestam quando a água do fundo fica aquecida (menos densa) e sobe, dando lugar à água fria (mais densa) que desce da superfície.​

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Se colocarmos a mão logo acima de um radiador de calor (aquecedor elétrico) em funcionamento, notaremos a corrente de convecção determinada pela ascensão do ar quente.
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Uma variante, denominada convecção forçada, tem lugar quando as correntes de convecção não são originárias por diferenças de densidades. Se forçarmos tais correntes, aumentamos a taxa de transferência de calor. Assim, se agitarmos com uma colher a água que estamos aquecendo, provocamos uma convecção forçada e o aquecimento ocorrerá com maior rapidez. De forma análoga, a colocação de um ventilador na frente do radiador de calor, fará com que o ambiente se aqueça mais rapidamente.

Uma convecção é um transporte de material quente para uma região fria e, sempre deverá haver algum fator (causa) para determinar tal movimento (efeito). Nos casos corriqueiros de aquecimento de líquidos a causa da convecção é a gravidade terrestre. Quando, mediante uma tenaz, levamos um carvão em brasa de uma churrasqueira para uma bacia com água e o trazemos de volta para a churrasqueira, seremos nós o responsável por essa corrente de convecção.

Uma das funções da roupa que vestimos é justamente dificultar as correntes de convecção, as quais ocasionariam perdas de calor. Os ventiladores que usamos no verão (muito longo, para meu gosto) para nos refrescar também é exemplo de convecção forçada.

Transmissão de calor por CONDUÇÃO

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Segurando-se uma das extremidades de uma barra de ferro (figura acima) e mantendo a outra sobre o fogo, é provável que, a menos que a barra seja muito comprida, logo deveremos soltá-la para não queimar a mão. Através da barra de ferro, assim como no interior de qualquer outro sólido, o calor se propaga mediante um mecanismo denominado condução. É uma transferência gradual de calor de partícula para partícula, no sentido da região quente para a fria. Os metais são excelentes condutores de calor enquanto que os tecidos com os quais nos vestimos e aqueles com os quais se fazem os cobertores são muito maus condutores. O próprio ar, em si, é mau condutor de calor.
Um cobertor, portanto, não nos “dá calor”, apenas dificulta sua perda, primeiro por ser mau condutor de calor e segundo por dificultar as correntes de convecção do ar.

Transmissão de calor por IRRADIAÇÃO

A radiação é o terceiro modo através do qual o calor pode propagar-se. Todos os corpos emitem e absorvem calor sob a forma de radiação eletromagnética. Em geral, quanto maior a temperatura da fonte térmica, maior será a quantidade de energia radiante emitida. Uma grande parte da energia disponível na Terra provém da radiação térmica solar.


Uma superfície que absorve bem a radiação incidente sobre ela, nós a reconhecemos como tendo cor preta. Ao contrário, uma superfície reconhecida como de cor branca, é aquela que não absorve praticamente nada da radiação que recebe.

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RESUMINDO…

 

CALOR: É agitação térmica das partículas em movimento. Outros preferem usar a definição: “É a energia cinética total de agitação das partículas.”
Em muitos livros e materiais de estudo, encontra-se a definição:
“O calor, que também pode ser chamado de energia térmica, corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro em razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico.”
Todas as definições acima serão aceitas em nossa disciplina (Física).

TEMPERATURA: É a medida do calor. É um valor escalar, em uma escala termométrica. As mais comuns são o Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

 


PROPAGAÇÃO DO CALOR

O calor se propaga de 3 formas distintas:

  1. CONDUÇÃO
  2. CONVECÇÃO
  3. IRRADIAÇÃO

 


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