A condução Térmica

Em transferência de calor, condução térmica oudifusão térmica (ou ainda condução ou difusão de calor) é a transferência de energia térmica entre átomos e/ou moléculas vizinhas em uma substância devido a um gradiente de temperatura. Noutras palavras, é um modo do fenômeno de transferência térmica causado por uma diferença de temperaturaentre duas regiões em um mesmo meio, ou entre dois meios em contato, e sem perceber-se movimento global da matéria (na escala macroscópica) em oposição aconvecção que é outra forma de transferência térmica.
Isso sempre ocorre a partir de uma região de maior temperatura para uma região de baixa temperatura, e atua equalizando as diferenças de temperatura. Genericamente, ocorre a propagação de calor sem transporte da substância formadora do sistema, ou seja, através de choques entre suas partículas integrantes ou intercâmbios energéticos dos átomos, moléculas, eelétrons. A condução térmica pode ser interpretada como a transmissão passo a passo de agitação térmica: um átomo (ou uma molécula) transfere parte de suaenergia cinética ao átomo vizinho, sendo assim umfenômeno de transporte de energia interna devido àheterogeneidade da agitação molecular, sendo assim um fenômeno termodinamicamente irreversível.
Condução ocorre em todas as formas de matéria, sólidos, líquidos, gases e plasmas, mas não requer qualquer movimento de massa da matéria. Em sólidos, é devido à combinação das vibrações das moléculas em um retículo cristalino e o transporte de energia porelétrons livres.Os elétrons suscetíveis de mover denominam-se elétrons de condução no modelo do elétron livre.Em fluidos (líquidos e gases) o transporte de energia é resultante da não-uniformidade do número de choques por unidade de volume, durante seu movimento aleatório, semelhante ao fenômeno dadifusão. Em sólidos, a condução de calor é fornecida conjuntamente por condução de elétrons e vibração darede cristalina (fônon).
Os metais e suas ligas, sejam sólidos ou líquidos, devido à elevada condutividade térmica, são excelentes meios de propagação de calor, normalmente associada àcondutividade elétrica.Os gases e alguns sólidos, que possuem baixa condutividade térmica, são considerados péssimos meios de propagação de calor, sendo definidos como isolantes térmicos.
Calor pode ser transferido por radiação e/ou convecção, e frequentemente mais que um destes processos ocorrem em uma dada situação

Aplicações da eletrostática em nosso cotidiano

As descargas atmosféricas também chamadas de raios podem ser explicadas pelo que já
estudamos anteriormente.
As nuvens podem acumular grandes
quantidades de cargas elétricas devido ao
movimento de correntes de ar. Quando
ocorre um grande acúmulo de cargas de
sinais opostos há uma transferência brusca
de cargas entre partes das nuvens ou entre
elas e a terra.
Esse movimento rápido de cargas produz um flash de luz que chamamos de raio ou
relâmpago. O fluxo grande de cargas aquece o ar, produzindo sua expansão brusca que
dá origem a um som de grande intensidade que chamamos de trovão.

Eletrização por atrito

Os objetos, em geral, são eletricamente neutros, isto é, possuem iguais quantidades de
elétrons e de prótons. Os prótons possuem carga elétrica positiva e os elétrons carga
elétrica negativa. Quando atritarmos uma régua de plástico com um pedaço lã, a lã
arranca elétrons da régua. Com isso o pedaço de lã fica com excesso de elétrons, ou
seja, excesso de cargas elétricas negativas. Por outro lado, a régua fica com falta de
elétrons, ou seja, ela fica com mais prótons do que com elétrons. Assim, a régua fica
carregada positivamente. Em outras palavras, a régua ficou eletrizada positivamente,
enquanto que a lã ficou eletrizada negativamente.
No átomo os prótons ficam no núcleo do átomo e os elétrons giram ao redor do núcleo
ocupando diversas órbitas. Na eletrização por atrito os elétrons das órbitas externas são
arrancados e prótons permanecem nos núcleos dos átomos. Quando um objeto é 5
eletrizado negativamente estará com excesso de elétrons ficando com maior quantidade
de carga negativa do que positiva. Ao contrário, quando um objeto é eletrizado
positivamente estará com falta de elétrons ficando com maior quantidade de carga
positiva do que negativa. O processo de eletrização de um objeto envolve unicamente
perda ou ganho de elétrons, já que os prótons não podem ser arrancados porque estão
presos no núcleo atômico.
Quando aproximamos as duas réguas da atividade 1C elas se afastam, isto é, elas se
repelem. As réguas se repelem porque adquiriram cargas de mesmo sinal, no caso,
cargas positivas. Verificamos, portanto que:

COMPORTAMENTO ELÉTRICO DA MATÉRIA

I – A carga elétrica e a constituição da matéria 

Em 1910, um aluno de Thomson, Ernest Rutherford (1871-1937), propôs outro modelo 

para o átomo. Segundo o modelo de Rutherford, toda a carga positiva do átomo está 

concentrada no centro do átomo, numa pequena região chamada de núcleo atômico.No núcleo também está concentrada praticamente toda a massa do átomo. Os elétrons 

estariam em movimento em torno do núcleo. Rutherford chegou a esse modelo através 

de um experimento onde ele fazia partículas positivas emitidas por materiais 

radioativos incidirem sobre uma folha muito fina de ouro. Ele observou que a maioria 

dessas partículas atravessava a folha de ouro sem se desviarem, enquanto uma parte 

muito pequena dessas partículas era refletida de volta. Com esse resultado ele 

considerou que os átomos deveriam ter quase toda sua massa concentrada numa 

região muito pequena. Assim o átomo teria uma grande região vazia em torno de um 

núcleo pequeno, com muita massa e cargas elétricas positivas chamadas de prótons. 

Completando o modelo de Rutherford, Niels Bohr (1885-

1962), propôs a existência de um terceiro tipo de partículas 

nucleares chamada de nêutrons que ajudavam manter 

juntas as partículas de cargas elétricas positivas do núcleo. 

Bohr sugeriu, com base em trabalho experimental, que os 

elétrons giravam em torno do núcleo atômico em diferentes 

órbitas conforme a energia do elétron (Figura 2). 

No núcleo também está concentrada praticamente toda a massa do átomo. Os elétrons 

estariam em movimento em torno do núcleo. Rutherford chegou a esse modelo através 

de um experimento onde ele fazia partículas positivas emitidas por materiais 

radioativos incidirem sobre uma folha muito fina de ouro. Ele observou que a maioria 

dessas partículas atravessava a folha de ouro sem se desviarem, enquanto uma parte 

muito pequena dessas partículas era refletida de volta. Com esse resultado ele 

considerou que os átomos deveriam ter quase toda sua massa concentrada numa 

região muito pequena. Assim o átomo teria uma grande região vazia em torno de um 

núcleo pequeno, com muita massa e cargas elétricas positivas chamadas de prótons. 

Completando o modelo de Rutherford, Niels Bohr (1885-

1962), propôs a existência de um terceiro tipo de partículas 

nucleares chamada de nêutrons que ajudavam manter 

juntas as partículas de cargas elétricas positivas do núcleo. 

Bohr sugeriu, com base em trabalho experimental, que os 

elétrons giravam em torno do núcleo atômico em diferentes 

órbitas conforme a energia do elétron . 

Todos estes estudos foram os 

precursores do atual modelo 

atômico no qual as órbitas dos 

elétrons foram substituídas por 

regiões de probabilidade, onde é 

provável encontrar o elétron.

ENERGIA PARA Á VIDA: A ENERGIA DOS ALIMENTOS

Alimentação e nutrição são coisas distintas. Alimentação consiste em ingerir alimentos, de forma consciente e voluntária, estando nas nossas mãos e critério a forma, freqüência, preferência, qualidade e quantidade com que tal ato é efetuado, assim como incorporar-lhe as mais diversas modificações.

É evidente que a qualidade da alimentação depende de fatores econômicos e culturais. Nutrição, por outro lado, consiste no conjunto de processos fisiológicos pelos quais o organismo recebe, transforma e utiliza as substâncias químicas contidas nos alimentos. É um processo involuntário e inconsciente que depende da atividade orgânica da digestão (que inclui a absorção e o transporte dos nutrientes dos alimentos para os tecidos). 

O estado de saúde de uma pessoa depende da qualidade da nutrição das células constituintes dos seus tecidos. Como é impossível para a quase totalidade dos seres humanos atuar voluntariamente nos processos de nutrição, a melhoria do estado de saúde (= nutrição) não se poderá verificar sem a sã modificação dos hábitos alimentares.
Para levar a cabo todos os processos que nos permitem estar vivos, o organismo humano necessita de um fornecimento contínuo dos materiais que devemos ingerir: os nutrientes. O número de nutrientes que o ser humano pode utilizar é limitado: existem muito poucas substâncias, em comparação com a grande quantidade de compostos, que nos servem como combustível ou para incorporar as nossas próprias estruturas. Estes nutrientes não se ingerem diretamente, mas através dos alimentos, e a ampla variedade de alimentos existentes não são mais do que as múltiplas combinações em que a natureza oferece os diferentes nutrientes. 

Pode fazer-se uma primeira distinção entre os componentes de qualquer alimento com base nas quantidades em que estão presentes:

- os macro–nutrientes (macro=grande), que são os que ocupam a maior proporção dos alimentos, e que são as proteínas, os glucídios (ou hidratos de carbono) e os lipídeos (ou gorduras). Também se poderia incluir a fibra e a água, que estão presentes em quantidades consideráveis na maioria dos alimentos, mas como não fornecem calorias não costumam considerar-se nutrientes; 

e os - micro–nutrientes (micro=pequeno), que apenas estão presentes em pequeníssimas proporções, e onde se encontram as vitaminas e os minerais. São imprescindíveis para a manutenção da vida, apesar das quantidades de que necessitamos se medirem em milésimas, ou inclusive milionésimas de grama. (elementos vestígio ou oligoelementos). 

Outra classificação dos nutrientes é quanto à função que realizam no metabolismo: 

- nutrientes energéticos – correspondem a um primeiro grupo, formado pelos compostos que se usam normalmente como combustível celular. Coincidem praticamente com o grupo dos macro–nutrientes. Deles se obtém a energia, ao se oxidarem (queimarem) no interior das células, com o oxigênio que o sangue transporta. A maior parte dos nutrientes que consumimos utiliza-se com este fim; 

- nutrientes plásticos – correspondem a um segundo grupo, formado pelos nutrientes que utilizamos para construir e regenerar o nosso próprio corpo. Pertencem, a maior parte, ao grupo das proteínas, ainda que também se utilizem pequenas quantidades de outros tipos de nutrientes. 

- vitaminas e minerais – correspondem a um terceiro grupo, composto pelos nutrientes que atuam facilitando e controlando as funções bioquímicas que têm lugar no interior dos seres vivos. Têm funções de regulação. 

- água – corresponde a um quarto grupo que atua como dissolvente de outras substâncias, participa nas reações químicas mais vitais e é o meio de eliminação dos produtos desaproveitados do organismo. 

AS UNIDADES DE CALOR

 Calor é energia. A unidade de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J).

   Na prática é muito usada uma outra unidade de calor, muito antiga, do tempo do calórico, a caloria.

   Por definição, uma caloria ( 1 cal) é a quantidade de calor que deve ser transferida a um grama de água para produzir a variação de temperatura de 1^oC, rigorosamente, de 14,5°C  para 15,5°C.

   Em suas experiências, Joule estabeleceu a relação entre essas duas unidades, encontrando:

1 cal = 4,18 J

    A unidade quilocaloria ( kcal) é muito usada para medidas de quantidade de calor.

1 kcal = 1.000 cal = 10³ cal

   A British Thermal Unit (BTU) é uma unidade técnica usada para quantidade de calor. É muito utilizada em manuais para caracterizar equipamentos e máquinas que envolvem energia térmica.

1 BTU = 252,4 cal = 1.055 J

O CONCEITO SOBRE A ENÉRGIA TERMICA EM TRÂNSITO :O CALOR

Para determinar a temperatura de um objeto énecessário um conceito obtido independentemente das percepções sensoriais e que envolva quantidades que se possa medir. Todos os corpos são constituídos por partículas que estão sempre em movimento, que é denominado energia interna do corpo.

O nível de energia interna de um corpo depende da velocidade com que suas partículas se movimentam. Se o movimento é rápido, o corpo possui um nível de energia interna alto, caso contrário, o nível de energia será baixo. 
Podemos dizer então que a temperatura é uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.
Os aparelhos que permitem medir a temperatura dos corpos são chamados de termômetros. 

A temperatura de um corpo indica se ele vai ganhar ou perder energia interna ao entrar em contato com outro corpo. Se dois corpos, um quente e outro frio, forem colocados em contato, uma parcela da energia interna do corpo quente passará para o corpo frio sob forma de calor. Da mesma forma que a água se movimenta no sentido da gravidade, o calor flui de um corpo de temperatura maior para o de temperatura menor. Após um certo tempo, a temperatura dos dois corpos irá se igualar, chegando ao equilíbrio térmico.

É importante diferenciar calor de temperatura, pois são grandezas fisicamente diferentes. A temperatura é a medida do nível de energia interna de um corpo; já calor é a energia térmica em trânsito entre dois corpos ousistemas, decorrente apenas da existência de uma diferença de temperatura entre eles.

A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO:O CALOR

Todo corpo tem sua energia térmica, pois todos os corpos e regiões são compostos de partículas (em quantidades variadas) e essas partículas estão sempre em movimento, toda a energia produzida por essa movimentação, é chamada de energia térmica. 

Agora, para saber a quantidade dessa energia térmica, temos que levar em consideração a temperatura do corpo e o número de partículas que o corpo possui. 


O calor é uma energia térmica, mas uma energia térmica em trânsito (deslocamento). Por exemplo: Imaginemos dois corpos com temperaturas diferentes, quando aproximados (colocados um em contato com o outro) o corpo com maior temperatura irá fornecer ao de menor temperatura certa quantidade de energia térmica, até ocorrer o equilíbrio térmico das partículas. Então é essa emergia térmica que o corpo com maior temperatura transfere para o de menor temperatura, que chamamos de Calor. 


O calor por ser uma energia terá uma unidade para representá-lo que será o Joule (J) ou caloria (cal). 


1 cal = 4,186J

Calor Específico

Calor específico é uma grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado decapacidade térmica mássica. A unidade no SI é J/(kg.K) (joule por quilograma e por kelvin). Uma unidade usual bastante utilizada para calores específicos é cal/(g.ºC) (caloria porgrama e por grau celsius).1

Em rigor há dois calores específicos distintos: o calor específico sob volume constante  e o calor específico sob pressão constante . O calor específico a pressão constante é geralmente um pouco maior do que o calor específico a volume constante, sendo a afirmação verdadeira para materiais com coeficientes de dilatação volumétrico positivos. Em virtude do aumento de volume associado à dilatação térmica, parte da energia fornecida na forma de calor é usada para realizar trabalho contra o ambiente a pressão constante e não para aumentar a temperatura em si; o aumento de temperatura experimentado para um sistema à pressão constante é pois menor do que aquele que seria experimentado pelo mesmo sistema imposto o volume constante uma vez mantida a mesma transferência de energia na forma de calor. No caso do calor específico a volume constante, toda a energia recebida na forma de calor é utilizada para elevar a temperatura do sistema, o que faz com que  - em virtude de sua definição - seja um pouco menor. A diferença entre os dois é particularmente importante em gases; em sólidos e líquidos sujeitos a pequenas variações de volume frente às variações de temperatura, os valores dos dois na maioria das vezes se confundem por aproximação. Em análise teórica e de precisão, contudo, é importante a diferenciação dos dois.

Materiais com dilatação anômala, como a água entre 0ºC e 4ºC, não obedecem à regra anterior; nestes casos o calor específico a volume constante é então um pouco maior do que o calor específico a pressão constante.

DILATAÇAO DOS GASES

Se vocês assistiram Salve Jorge a novela das 8 da TV globo, certamente vêem constantemente balões voando no céus da Turquia. O que é mais interessante e saber que a física esta interligada no funcionamento do balão. Mas como?  Quando o bico de gás do balão é ligado no interior dele á ar que dilata-se quando o gás é ligado pois a chama faz com que o ar aqueça, agitando o grau de suas moléculas  Parte do ar escapa para fora do balão, reduzindo sua densidade. O ar externo é portanto mais denso do que o interior do balão. Os balões ''de gás'' são preenchido por hélio, que é um gás menos denso que a atmosfera. Nos dois casos, o empuxo sobre o balão é maior do que o seu peso e faz com que ele suba na atmosfera.

Dilatação dos Líquidos

Para líquidos, não tem sentido falar em coeficiente de dilatação linear ou superficial, já que eles não possuem forma própria. Só existe o coeficiente de dilatação volumétrica.

Suponhamos que se queira medir o coeficiente de dilatação real (β_real) de um determinado líquido. Para isso enche-se completamente um recipiente com o líquido, à temperatura inicialθ₀.

O volume inicial da proveta e do líquido é V₀. Ao se aquecer o conjunto até a temperatura finalθ, a proveta adquire o volume V e o líquido transborda, porque o coeficiente de dilatação do líquido é maior que o da proveta. O volume de líquido transbordado chama-se dilatação aparente do líquido (ΔV_Ap).

O Comportamento Térmico dos Líquidos