Aula 61 — Capacidade Térmica e Equivalente em Água
50 minObjetivo geral
Compreender a capacidade térmica C=m⋅c como a quantidade de calor necessária para variar em 1°C a temperatura de um corpo específico, e o conceito de equivalente em água de um calorímetro.
Objetivos específicos
- Definir capacidade térmica C=m⋅c como propriedade de um corpo específico, não do material em geral.
- Calcular a capacidade térmica de um corpo e usá-la para calcular Q=C⋅ΔT diretamente.
- Diferenciar calor específico (propriedade do material, por unidade de massa) de capacidade térmica (propriedade de um corpo particular).
- Compreender o conceito de equivalente em água de um calorímetro.
Conhecimentos prévios
- Calor sensível, Q=m⋅c⋅ΔT (Aula 59).
- Conceito de massa como propriedade de um corpo específico (pré-requisito).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula61_Apresentacao.pptx.
- Quadro/lousa e material de escrita.
- Descrição ou imagem de um calorímetro simples.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "uma colher pequena de metal e uma panela grande do mesmo metal recebem a mesma quantidade de calor. Qual varia mais de temperatura?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar se objetos do mesmo material devem se comportar termicamente do mesmo jeito. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que, como são do mesmo material (mesmo calor específico c), colher e panela devem variar de temperatura igual — sem perceber que a capacidade térmica também depende da MASSA de cada objeto específico.
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 8: C=m⋅c (capacidade térmica de um corpo específico) e Q=C⋅ΔT. Resolução explícita do obstáculo do Momento 2: mesmo calor específico, mas massas bem diferentes, resultam em capacidades térmicas bem diferentes — a colher (massa pequena) varia muito mais de temperatura que a panela (massa grande) recebendo a mesma quantidade de calor. Introdução do equivalente em água de um calorímetro: uma massa fictícia de água com a mesma capacidade térmica das partes do calorímetro, simplificando cálculos de troca de calor.
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalO professor calcula a capacidade térmica de um corpo dado m e c. Em seguida, propõe à turma, em duplas, calcular Q usando C diretamente, dado ΔT.
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano). O professor circula pela sala, corrigindo quem confunde calor específico com capacidade térmica.
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: a colher varia muito mais de temperatura que a panela, pois tem capacidade térmica muito menor (massa menor). Reforçar C=m⋅c e Q=C⋅ΔT.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4), checando se os alunos distinguem calor específico de capacidade térmica. Ao final: correção coletiva dos exercícios, com atenção especial a essa distinção.
Lista de exercícios
1. Um bloco de metal de massa 0,4 kg e calor específico 400 J/kg°C. Calcule sua capacidade térmica.
Gabarito: C = m⋅c = 0,4×400 = 160 J/°C.
2. Esse bloco recebe 3200 J de calor. Calcule sua variação de temperatura usando a capacidade térmica.
Gabarito: ΔT = Q/C = 3200/160 = 20°C.
3. Uma colher (massa 0,05 kg) e uma panela (massa 2 kg), do mesmo metal (c=400 J/kg°C), recebem cada uma 2000 J de calor. Calcule a variação de temperatura de cada uma e compare.
Gabarito: Ccolher = 0,05×400 = 20 J/°C, ΔTcolher = 2000/20 = 100°C. Cpanela = 2×400 = 800 J/°C, ΔTpanela = 2000/800 = 2,5°C — a colher varia muito mais.
4. Explique a diferença entre calor específico e capacidade térmica.
Gabarito: Calor específico é uma propriedade do MATERIAL, por unidade de massa — igual para qualquer quantidade daquele material. Capacidade térmica é uma propriedade de um CORPO específico, que depende da massa daquele corpo em particular, C=m⋅c.
5. Para que serve o conceito de "equivalente em água" de um calorímetro?
Gabarito: Permite tratar a capacidade térmica das partes do próprio calorímetro, que também trocam calor durante um experimento, como se fossem uma massa adicional de água, simplificando os cálculos de troca de calor no sistema.
Observações e extensão
Próxima aula: Trocas de Calor (O princípio de Equilíbrio Térmico). Nota para o professor: a capacidade térmica desta aula é a ferramenta que a Aula 62 vai usar para resolver problemas de mistura de corpos a temperaturas diferentes.