Termodinâmica I · Episódio 11

O balão que subiu sobre Paris

Convecção e correntes

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 111 / 21

O caso

Balão de papel e pano sobre os telhados, fogueira acesa na boca

Paris · 21/11/1783 · Pilâtre de Rozier e d'Arlandes
~25 min de voo · ~9 km · ~900 m de altura
~22 km/h, só com o vento · sem motor, sem asa
Montgolfier: "a fumaça sobe sozinha" — efeito certo, motivo errado

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 112 / 21

O caso

Paris · 21/11/1783 · Pilâtre de Rozier e d'Arlandes
~25 min de voo · ~9 km · ~900 m de altura
~22 km/h, só com o vento · sem motor, sem asa
Montgolfier: "a fumaça sobe sozinha" — efeito certo, motivo errado

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 112 / 21

O caso

Paris · 21/11/1783 · Pilâtre de Rozier e d'Arlandes
~25 min de voo · ~9 km · ~900 m de altura
~22 km/h, só com o vento · sem motor, sem asa
Montgolfier: "a fumaça sobe sozinha" — efeito certo, motivo errado

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 112 / 21

O caso

Paris · 21/11/1783 · Pilâtre de Rozier e d'Arlandes
~25 min de voo · ~9 km · ~900 m de altura
~22 km/h, só com o vento · sem motor, sem asa
Montgolfier: "a fumaça sobe sozinha" — efeito certo, motivo errado

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 112 / 21

Pergunta do episódio

Por que ar quente sobe — e quanto peso ele levanta?

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 113 / 21

Conceito 1 — O segundo caminho

Barra de metal conduzindo ao lado de panela com água circulando

convecção: fluido quente se desloca e leva a energia
só líquido e gás · sólido não faz
motor: diferença de densidade · ✗ "o calor sobe" · ✓ o ar quente sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 114 / 21

Conceito 1 — O segundo caminho

convecção: fluido quente se desloca e leva a energia
só líquido e gás · sólido não faz
motor: diferença de densidade · ✗ "o calor sobe" · ✓ o ar quente sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 114 / 21

Conceito 1 — O segundo caminho

convecção: fluido quente se desloca e leva a energia
só líquido e gás · sólido não faz
motor: diferença de densidade · ✗ "o calor sobe" · ✓ o ar quente sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 114 / 21

Exemplo resolvido — a velocidade do voo

Balão percorre 9 km em 25 min, arrastado pelo ar

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

25 min são 0,417 h · ritmo de bicicleta

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 115 / 21

Exemplo resolvido — a velocidade do voo

Balão percorre 9 km em 25 min, arrastado pelo ar

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

25 min são 0,417 h · ritmo de bicicleta

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 115 / 21

Exemplo resolvido — a velocidade do voo

Balão percorre 9 km em 25 min, arrastado pelo ar

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

25 min são 0,417 h · ritmo de bicicleta

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 115 / 21

Conceito 2 — Ar quente, menos denso

Termômetros a 20 e 100 °C; barra de densidade encolhe no mais quente

esquenta → expande → mesma massa, mais volume
pressão fixa: · em kelvin (°C + 273)
20 °C: · 100 °C:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 116 / 21

Conceito 2 — Ar quente, menos denso

esquenta → expande → mesma massa, mais volume
pressão fixa: · em kelvin (°C + 273)
20 °C: · 100 °C:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 116 / 21

Conceito 2 — Ar quente, menos denso

esquenta → expande → mesma massa, mais volume
pressão fixa: · em kelvin (°C + 273)
20 °C: · 100 °C:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 116 / 21

Exemplo resolvido — ar a cem graus

Ar a 20 °C com ; densidade a 100 °C?

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em kelvin

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 117 / 21

Exemplo resolvido — ar a cem graus

Ar a 20 °C com ; densidade a 100 °C?

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em kelvin

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 117 / 21

Exemplo resolvido — ar a cem graus

Ar a 20 °C com ; densidade a 100 °C?

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em kelvin

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 117 / 21

Conceito 3 — A célula de convecção

Panela no fogo: água sobe no centro e desce rente às paredes

três tempos: sobe · esfria · desce
setas: velocidade do fluido · calor não tem seta
sem entre fundo e topo, a célula para

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 118 / 21

Conceito 3 — A célula de convecção

três tempos: sobe · esfria · desce
setas: velocidade do fluido · calor não tem seta
sem entre fundo e topo, a célula para

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 118 / 21

Conceito 3 — A célula de convecção

três tempos: sobe · esfria · desce
setas: velocidade do fluido · calor não tem seta
sem entre fundo e topo, a célula para

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 118 / 21

Exemplo resolvido — fundo da panela de ar

Ar no fundo a 80 °C (2); em cima, 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais leve, sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 119 / 21

Exemplo resolvido — fundo da panela de ar

Ar no fundo a 80 °C (2); em cima, 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais leve, sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 119 / 21

Exemplo resolvido — fundo da panela de ar

Ar no fundo a 80 °C (2); em cima, 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais leve, sobe

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 119 / 21

Conceito 4 — Balão e empuxo

Envelope com ar quente dentro e frio fora; três barras de força

empuxo:

ar de dentro pesa:

carga:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1110 / 21

Exemplo resolvido — balão de

Balão de (didático) · dentro 100 °C · fora 20 °C ·

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

peso de cerca de 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1111 / 21

Exemplo resolvido — balão de

Balão de (didático) · dentro 100 °C · fora 20 °C ·

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

peso de cerca de 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1111 / 21

Exemplo resolvido — balão de

Balão de (didático) · dentro 100 °C · fora 20 °C ·

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

peso de cerca de 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1111 / 21

Conceito 5 — Térmicas

Coluna de ar subindo sobre chão escuro, planador girando dentro

chão escuro esquenta → coluna de ar sobe
célula com o chão no papel da chama
planador, asa-delta, urubu: sobem sem motor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1112 / 21

Conceito 5 — Térmicas

chão escuro esquenta → coluna de ar sobe
célula com o chão no papel da chama
planador, asa-delta, urubu: sobem sem motor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1112 / 21

Conceito 5 — Térmicas

chão escuro esquenta → coluna de ar sobe
célula com o chão no papel da chama
planador, asa-delta, urubu: sobem sem motor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1112 / 21

Exemplo resolvido — bolha do planador

Bolha a 30 °C sobe no ar de 20 °C, com · : quanto mais leve

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1113 / 21

Exemplo resolvido — bolha do planador

Bolha a 30 °C sobe no ar de 20 °C, com · : quanto mais leve

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1113 / 21

Exemplo resolvido — bolha do planador

Bolha a 30 °C sobe no ar de 20 °C, com · : quanto mais leve

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1113 / 21

Conceito 6 — Brisa do mar, brisa da terra

Praia de dia e de noite: circuito do ar se inverte

c da água: cerca de 1 000 · c da rocha: cerca de 200 cal/(kg·°C)
dia: terra mais quente → vento do mar
noite: terra esfria antes → vento para o mar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1114 / 21

Conceito 6 — Brisa do mar, brisa da terra

c da água: cerca de 1 000 · c da rocha: cerca de 200 cal/(kg·°C)
dia: terra mais quente → vento do mar
noite: terra esfria antes → vento para o mar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1114 / 21

Conceito 6 — Brisa do mar, brisa da terra

c da água: cerca de 1 000 · c da rocha: cerca de 200 cal/(kg·°C)
dia: terra mais quente → vento do mar
noite: terra esfria antes → vento para o mar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1114 / 21

Exemplo resolvido — areia × mar

1 kg de água e 1 kg de rocha recebem 1 000 cal cada

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1115 / 21

Exemplo resolvido — areia × mar

1 kg de água e 1 kg de rocha recebem 1 000 cal cada

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1115 / 21

Exemplo resolvido — areia × mar

1 kg de água e 1 kg de rocha recebem 1 000 cal cada

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1115 / 21

Conceito 7 — Dentro de casa

Geladeira com congelador no alto e quarto com aquecedor no chão

frio no topo (congelador, ar-condicionado) · quente no chão (aquecedor)
panela: metal conduz, água faz convecção
três caminhos: condução · convecção · irradiação

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1116 / 21

Conceito 7 — Dentro de casa

frio no topo (congelador, ar-condicionado) · quente no chão (aquecedor)
panela: metal conduz, água faz convecção
três caminhos: condução · convecção · irradiação

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1116 / 21

Conceito 7 — Dentro de casa

frio no topo (congelador, ar-condicionado) · quente no chão (aquecedor)
panela: metal conduz, água faz convecção
três caminhos: condução · convecção · irradiação

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1116 / 21

Exemplo resolvido — ar do congelador

Ar junto ao congelador a 4 °C (2); resto da geladeira a 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais denso, desce

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1117 / 21

Exemplo resolvido — ar do congelador

Ar junto ao congelador a 4 °C (2); resto da geladeira a 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais denso, desce

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1117 / 21

Exemplo resolvido — ar do congelador

Ar junto ao congelador a 4 °C (2); resto da geladeira a 20 °C (1), com

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

mais denso, desce

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1117 / 21

Radar ENEM

Brisa de tarde vindo do mar; cartão "o calor sobe" riscado

✗ "o calor sobe" → ✓ o ar quente sobe
✗ em Celsius → ✓
✗ brisa invertida → ✓ dia: do mar · noite: da terra
✗ carga: empuxo inteiro → ✓ carga:
✗ 5 160 N lidos como 5 160 kg → ✓ divida por g: 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1118 / 21

Radar ENEM

✗ "o calor sobe" → ✓ o ar quente sobe
✗ em Celsius → ✓
✗ brisa invertida → ✓ dia: do mar · noite: da terra
✗ carga: empuxo inteiro → ✓ carga:
✗ 5 160 N lidos como 5 160 kg → ✓ divida por g: 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1118 / 21

Radar ENEM

✗ "o calor sobe" → ✓ o ar quente sobe
✗ em Celsius → ✓
✗ brisa invertida → ✓ dia: do mar · noite: da terra
✗ carga: empuxo inteiro → ✓ carga:
✗ 5 160 N lidos como 5 160 kg → ✓ divida por g: 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1118 / 21

Radar ENEM

✗ "o calor sobe" → ✓ o ar quente sobe
✗ em Celsius → ✓
✗ brisa invertida → ✓ dia: do mar · noite: da terra
✗ carga: empuxo inteiro → ✓ carga:
✗ 5 160 N lidos como 5 160 kg → ✓ divida por g: 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1118 / 21

Radar ENEM

✗ "o calor sobe" → ✓ o ar quente sobe
✗ em Celsius → ✓
✗ brisa invertida → ✓ dia: do mar · noite: da terra
✗ carga: empuxo inteiro → ✓ carga:
✗ 5 160 N lidos como 5 160 kg → ✓ divida por g: 516 kg

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1118 / 21

Resumo em cinco peças