O assunto inicial que eu ensino todos os anos nas 2ªs séries do ensino médio é calorimetria. A maioria dos alunos já traz algum conhecimento prévio sobre o significado de calorias. Quase todos já ouviram falar das calorias "contidas" em um determinado alimento, ou sobre a quantidade que é perdida em um exercício físico, para emagrecer ou manter a forma. O problema é que certos conceitos físicos são usados popularmente de maneiras diferentes da definição formal, como é o caso, por exemplo, de se falar "eu peso 70 quilos", sendo que, pelos rigores da física, quilograma, na verdade é unidade de massa, e não de peso.
As calorias adotadas popularmente para indicar a energia fornecida pelos alimentos correspondem a 1.000 calorias daquelas que usamos na maioria dos cálculos dos exercícios de física. Para diferenciá-las, usa-se um C maiúsculo no caso de estarmos nos referindo às calorias alimentares. Então:
1 caloria alimentar = 1 Cal = 1 kcal
Durante a aula, com 40 alunos lotando a sala, e dois ventiladores que tentavam diminuir o desconforto térmico, uma aluna me pede para sair, a fim de encher a garrafinha de água. Claro que diante das condições do ambiente, sem questionar, dou-lhe permissão, e aproveito para perguntar a ela sobre a quantidade de água da garrafa. Ela me diz que são 500 mL. Como a densidade da água é de 1 g/mL, a massa é 500 g. Estimo em aproximadamente 10,5ºC a temperatura da água gelada que ela iria obter do bebedouro da escola, e proponho aos alunos um exercício:
- Vamos calcular a quantidade de calorias retiradas do corpo da nossa colega assim que ela tiver ingerido toda a água da garrafa?
Peço a eles para que me digam a temperatura aproximada do corpo humano, supondo que estivesse em um estado normal, sem febre. Eles estimam corretamente: 36,5ºC.
Comento com eles que se podemos conversar no nosso dia a dia sobre as calorias dos alimentos, é porque em algum momento alguém definiu o que seria uma caloria. Explico que sempre que comentamos, por exemplo, sobre a altura de uma pessoa, estamos comparando a medida dela com um padrão pré definido, que pode ser, neste caso, o metro. Quando dizemos: "Fulano tem 1,80 m", todos já sabem que ele é relativamente alto. Da mesma forma como alguém definiu o comprimento correspondente a um metro, em um determinado instante da história da ciência, tornou-se necessário definir o que seria uma caloria.
Comento com eles que se podemos conversar no nosso dia a dia sobre as calorias dos alimentos, é porque em algum momento alguém definiu o que seria uma caloria. Explico que sempre que comentamos, por exemplo, sobre a altura de uma pessoa, estamos comparando a medida dela com um padrão pré definido, que pode ser, neste caso, o metro. Quando dizemos: "Fulano tem 1,80 m", todos já sabem que ele é relativamente alto. Da mesma forma como alguém definiu o comprimento correspondente a um metro, em um determinado instante da história da ciência, tornou-se necessário definir o que seria uma caloria.
Vejamos o que nos diz a Wikipédia:
Historicamente, a definição de calorias era a quantidade de energia necessária para elevar em 1 grau celsius a temperatura de 1 g de água (o calor específico da água é, por definição, igual a 1).
Com a evolução das técnicas de medida, verificou-se que o calor específico não era constante com a temperatura. Por isso buscou-se padronizá-lo para uma faixa estreita, e a caloria foi então redefinida como sendo o calor trocado quando a massa de um grama de água passa de 14,5 °C para 15,5 °C.
definição de 1 caloria |
Quantas calorias serão retiradas do corpo da nossa colega, depois de ter tomado 500 mL de água a aproximadamente 10,5ºC?
Vejam que através de um exercício simples, aproveito para inserir diversos conceitos básicos da calorimetria. Então, finalmente, vamos à fórmula, que foi historicamente determinada através de experimentações :
Q = m . c . ∆
t
m massa ( g )
c calor específico ( cal/gºC)
∆ t variação da temperatura ( ºC )
No nosso problema fica:
Q = 500 . 1 . (36,5 - 10,5) = 13.000 calorias = 13 Cal
Outro conceito que eu aproveito para explicar aos alunos neste momento é o da transmissão do calor, sendo que ele passa sempre expontaneamente, do corpo de maior temperatura para o de menor. Desta maneira, sabemos que se a temperatura do dia está em torno de 30ºC, e o nosso corpo a 36,5ºC, o calor tem maior dificuldade em sair, comparando com um dia frio, em que a temperatura ambiente é de 10ºC, e o calor do corpo é perdido num fluxo maior. Portanto, quanto maior a diferença entre a temperatura corpórea e a externa, maior o fluxo de calor que sai do nosso corpo, aumentando a sensação de frio.
Por que temos a sensação de frio quando estamos com febre?
Através do que expliquei, fica fácil entender. Se quando estamos com febre, a temperatura do corpo se eleva um pouco, aumenta a diferença entre esta e a temperatura ambiente, o que faz com que o fluxo de calor que sai do corpo se intensifique, aí temos a sensação de frio, por estarmos perdendo mais calor do que o normal.