Mecanismos de Transferência de Energia sob a forma de Calor



Aquecimento de uma barra devido
à Condução Térmica

 CONDUÇÃO (sólidos) 

É um processo de tranferência de calor por contacto direto. A condução dá-se quando as partículas com maior agitação (temperatura mais elevada) colidem com as partículas com menor agitação (temperatura mais baixa), transferindo energia térmica.

A condução acontece principalmente nos sólidos porque a ligação entre as partículas é mais forte: estão mais perto umas das outras, colidem mais facilmente e a energia é transferida ao longo do material.
O metal é um bom condutor térmico, mas a lã, a madeira e a cortiça já são maus condutores térmicos.

Correntes de Convecção
numa chaleira devido ao seu aquecimento

 CONVECÇÃO 
(líquidos e gases)
É um processo de transferência de calor conseguido à custa do transporte de matéria. Neste processo, o fluido mais quente torna-se menos denso e sobe e o fluido mais frio, mais denso, desce. A estes movimentos dá-se o nome de correntes de convecção, que quando a temperatura fica uniforme, param.
Um exemplo de correntes de convecção são as brisas: o ar quente a subir e o ar frio a descer criam-nas.

Experiência 16 (1200 visualizações)

Transferência de calor entre corpos a temperaturas diferentes

Material:

- 2 termómetros;

- Gobelé pequeno com 100 mL de água aquecida (gobelé A);

- Gobelé grande com 100 mL de água à temperatura ambiente (gobelé B);

- 1 cronómetro.

Procedimento:

1- Medir a temperatura inicial da água, em ambos os gobelés;

2- Registar os valores lidos;

3- Colocar o gobelé pequeno dentro do gobelé grande (em contacto);

4- Ligar o cronómetro;

5- De 1 em 1 minuto ler e registar os valores da temperatura da água, em ambos os gobelés.

Conclusão:
- Como varia a temperatura em função do tempo para a água em cada um dos gobelés?
- Qual é a fonte, o recetor e a forma de energia transferida?

Extras para a realização da atividade experimental:

Temperatura e Calor

 TEMPERATURA 

É uma grandeza física que se relaciona com o grau de agitação das partículas, ou seja, com a energia cinética média das partículas. Mede-se com termómetros e a unidade no Sistema Internacional (SI) é o Kelvin (K), mas é mais utilizado os graus Celsius (°C) ou os graus Fahrenheit (ºF).

> agitação ⇨ > Ec média ⇨ > temperatura

< agitação ⇨ < Ec média ⇨ < temperatura

 CALOR 

É a medida de energia térmica transferida entre corpos a temperaturas diferentes. Quando os dois corpos a temperaturas diferentes entram em contacto, há uma troca de calor entre eles, até ficarem à mesma temperaturas (equilíbrio térmico). O calor passa do corpo com a temperatura mais alta para o corpo com a temperatura mais baixa.

Transferência de Calor entre dois corpos a
temperaturas diferentes (temperatura elevada e baixa)

 

Formas Fundamentais de Energia

Existem duas formas fundamentais de energia:
• ENERGIA POTENCIAL
(energia armazenada nos corpos e que pode vir a ser utilizada):

- energia potencial química
(associada aos alimentos, aos combustíveis e às pilhas);

- energia potencial elástica
(associada aos materiais elásticos e molas);

- energia potencial gravítica (Epg).
Qualquer corpo, mesmo em repouso, possui Epg.

> m_corpo ⇨ > Epg (para a mesma massa (m))

Epg = m x g x h (m=massa do corpo / h=altura a que se encontra)

• ENERGIA CINÉTICA (Ec) (energia associada ao movimento dos corpos).

Ec = ½ x m x v² ou Ec = m x v² / 2
 

Alteração da Energia Potencial Gravítica (Epg)
e da Energia Cinética (Ec) numa bola pendurada



 

Leis da Conservação da Energia:

- A energia não se cria nem se destrói;         Unidade de Energia: joule (J)

- A energia transforma-se e transfere-se.
 

Na imagem está representada a transferência de energia nos "Pêndulos de Newton".

Se quiseres experimentar, ou seja, fazeres tu a experiência vai à "Fun Zone" do blog e experimenta no jogo "Pêndulos de Newton".

 

Manifestações de Energia

A energia pode manifestar-se de diferentes maneiras:
- energia elétrica (existência de uma corrente elétrica);
- energia térmica (aquecimento dos corpos);
- energia sonora (som);
- energia mecânica (movimento);
- energia química (conteúdo energético das substâncias);
- energia radiante (diferentes radiações - raios-x, microondas, ultravioletas e infravermelhos);
- energia luminosa (luz).

Diferente Manifestações de Energia
em cima - energia elétrica, energia térmica e energia mecânica
em baixo - energia sonora, energia radiante, energia química e energia luminosa

Fontes de Energia e sua Classificação

 Como se classificam as fontes de energia? 

Fontes Primárias de Energia:

São os recursos naturais que podem ser usados como fontes de energia.

 

Fontes Secundárias de Energia:

São as fontes de energia que são obtidas a partir das fontes primárias de energia.

 

Fontes Renováveis de Energia:

São fontes de energia que estão em contínua renovação e podem ser utilizadas de forma ilimitada.

 

Fontes Não-Renováveis de Energia:

São fontes de energia que demoram centenas de milhares de anos a formar-se, esgotam-se à medida que vão sendo utilizadas e são consideradas limitadas.

 

 Fontes de Energia (classificação) 

- Sol (energia solar) - renovável e primária;

- Vento (energia eólica) - renovável e primária;

- Água dos rios (energia hídrica) - renovável e primária;

- Calor Interno da Terra (energia geotérmica) - renovável e primária;

- Água dos mares/oceanos (energia das ondas e das marés) - renovável e primária;

- Combustíveis Nucleares (energia nuclear) - não-renovável e primária;

- Biomassa (energia da biomassa) - renovável e primária;

- Biogás/Gás Natural (energia do biogás) - renovável e primária;

- Combustíveis Fósseis - petróleo, gás natural, carvão (energia dos combustíveis fósseis) - não-renovável e primária;

- Combustíveis - gasóleo, gasolina, fuelóleo, propano, butano (energia dos combustíveis) - não renovável e secundária.

Diferentes Fontes de Energia
em cima - energia solar, energia eólica e energia hídrica
no meio - energia geotérmica, energia das ondas e das marés e energia nuclear
em baixo - energia da biomassa, energia do biogás, energia dos combustíveis fósseis e energia dos combustíveis

 

Energia (introdução)

A energia...
...é uma grandeza física de difícil definição.
...não é uma substância, nem uma força, nem a causa dos fenómenos.
...pode associar-se a materiais e a situações de ação.
...pode transferir-se entre corpos.
... manifesta-se de diferentes formas.
...classifica-se em primária ou secundária e em renovável e não-renovável.
...tem duas formas fundamentais.

Experiências 12 / 13 / 14 / 15 (800 / 900 / 1000 /1100)

Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas

Concentração dos Reagentes

Material:
- 2 copos de precipitação;
- 2 quadrados de cartolina;
- 1 marcador preto;
- 2 provetas de 50 mL;
- 3 provetas de 10 mL;

Reagentes:
- Solução aquosa de tiossulfato de sódio;
- Ácido clorídrico diluído.

Procedimento:
1- Desenhar uma cruz em cada um dos quadrados de cartolina;
2- Numa proveta, medir 50 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e transferi-la para um copo de precipitação;
3- Com uma proveta medir 5 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e adicionar água até chegar aos 50 mL. Transferir esta solução para outro copo de precipitação;
4- Colocar cada um dos copos em cima do quadrado de cartolina;
5- Medir, em duas provetas, 5 mL de solução de ácido clorídrico;
6- Adicionar, simultaneamente, o ácido clorídrico às soluções contidas nos copos de precipitação e observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com a concentração da solução de tiossulfato de sódio?

Estado de divisão de um Sólido
Nota: antes de colocar o prego ou o pó de ferro no tubo de ensaio, é necessário pôr o tubo vazio na balança e usar a função "tara", para que o valor indicado na balança seja zero.

Material:
- Balança;
- 2 tubos de ensaio;
- Proveta de 10 mL.

Reagentes:
- Solução aquosa de sulfato de cobre;
- Pó de ferro;
- Pregos de ferro.

Procedimento:
1- Colocar o prego num dos tubos de ensaio em cima da balança e registar o valor da massa;
2- Pesar igual massa de pó de ferro no outro tubo de ensaio;
3- Adicionar simultaneamente cerca de 5 mL de solução aquosa de sulfato de cobre a cada um dos tubos de ensaio. Observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com o estado de divisão do ferro?

 Temperatura

Material:
- 2 copos de precipitação;
- Tina com água gelada;
- Placa de aquecimento;
- Proveta de 50 mL;
- 2 provetas de 5 mL.

Reagentes:
- Solução aquosa de tiossulfato de sódio;
- Ácido clorídrico diluído.

Procedimento:
1- Numa proveta, medir 50 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e transferi-lo para um copo de precipitação. Repetir este procedimento, utilizando outro copo de precipitação;
2- Colocar na placa de aquecimento um copo de precipitação;
3- Colocar na tina com água gelada o outro copo de precipitação;
4- Medir, em duas provetas, 5 mL de solução de ácido clorídrico;
5- Adicionar, simultaneamente, o ácido clorídrico às soluções contidas nos copos de precipitação e observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com a temperatura?

Presença de Catalisadores

Material:
- 2 tubos de ensaio;
- Suporte de tubos de ensaio;
- Canivete.

Reagentes:
- Água-oxigenada a 30 volumes;
- Batata.

Procedimento:
1- Colocar cerca de 5 mL de água oxigenada em cada tubo de ensaio;
2- Descascar a batata, retirar-lhe um pedaço e coloca-lo num dos tubos de ensaio. Observar.

Conclusão:
- Qual é a ação da batata nesta reação?