Ciências da Natureza e suas 
Tecnologias - Física 
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Algumas curiosidades... 
Por que du...
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Calor 
Energia Térmica em trânsito ...
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Joseph Black (1728 – 1799) 
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Por meio de experimentos nos 
quais...
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Calor que produz va...
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Brisa Marítima X Brisa Continental ...
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Brisa Marítima X Brisa Continental ...
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Recipiente termicament...
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Calorímetro 
A garrafa térmica é um...
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A garrafa térmica é um tipo de 
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Exercício 01 
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Resolução 
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Sabemos que: 
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FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio 
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  1. 1. Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2º Ano Calor sensível, capacidade térmica e calor específico
  2. 2. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Algumas curiosidades... Por que durante o dia é tão quente no deserto, mas à noite é tão frio? Por que, durante o dia, quando estamos na praia, percebemos que o vento sopra da água para a areia, mas à noite esse sentido é invertido? Imagem: Capture Queen / Creative Commons Attribution 2.0 Generic Antes de responder, vamos conhecer alguns conceitos fundamentais...
  3. 3. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Calor Energia Térmica em trânsito devido a diferença de temperatura entre corpos. Costuma-se dizer que calor é ENERGIA TÉRMICA EM MOVIMENTO. Imagem: Valo / Creative Commons Atribuição 2.5 Genérica  Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente do corpo de MAIOR temperatura para o corpo de MENOR temperatura.
  4. 4. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Joseph Black (1728 – 1799) Físico, Químico e Médico escocês, evidenciou-se no seu trabalho sobre Termodinâmica, sendo o primeiro a distinguir Calor de Temperatura. Introduziu a noção de Calor Específico e de Calor Latente. É considerado, juntamente com Cavendish e Lavoisier, um dos pioneiros da Química Moderna. Imagem: James Heath (engraver) after Henry Raeburn / Domínio Público
  5. 5. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Por meio de experimentos nos quais misturava substâncias a diferentes temperaturas, observou que os resultados não condiziam com as teorias da época, que apontavam o calor como uma substância fluida (chamada de calórica) presente na matéria. XAVIER, Claudio & BENIGNO, Barreto. Física aula por aula. Volume 2. FTD. 1ª ed. 2010. Imagem: James Heath (engraver) after Henry Raeburn / Domínio Público Joseph Black (1728 – 1799)
  6. 6. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Calor Sensível Calor que produz variação de temperatura sem que o estado físico da matéria seja alterado. Charge disponível no link: http://3.bp.blogspot.com/- ksA8bKowSVk/T9MppBkJepI/AAAAAAAAKDY/x6Z97-RnG1w/s1600/aquecimento-global+ 7.jpg Ex.: Quando colocamos algo para aquecer no fogo, estamos aumentando sua temperatura. Imagem: GRAN / GNU Free Documentation License
  7. 7. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Unidade de medida de Calor A energia é medida em joules (J) no (S.I.). Como o calor também é uma forma de energia, possui a mesma unidade. Por motivos históricos e práticos, também usamos outra unidade, a caloria (cal). 1 cal = 4,18 J
  8. 8. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Capacidade Térmica Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de um corpo. 푪 = 푸 Δ푻 Equivale ao quociente entre a quantidade de calor recebido ou cedido pelo corpo e a correspondente variação de temperatura. Exemplo: 46ºC 26ºC Neste caso, temos: 푪 = ퟒퟎ 풄풂풍 ퟐퟎ 풐푪 Logo: Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura desse corpo em 1 ºC, precisaremos fornecer a ele 2 cal.
  9. 9. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Calor Específico Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de uma unidade de massa de um corpo. 푐 = 푄 푚 ∙ Δ푇 Nesse caso, temos: 풄 = ퟎ, ퟓ 풄풂풍 ퟏ품 ∙ ퟏ 풐푪 http://d1gnq2svmchsi4.cloudfront.net/wp-content/uploads/2012/02/cryoscope.jpg Exemplo: Logo: Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura de 1 g do material que compõe esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a ele 0,5 cal. 27ºC 26ºC
  10. 10. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Equação Fundamental da Calorimetria Como 푐 = 푄 푚 ∙ Δ푇 Temos que: 푸푺 = 풎 ∙ 풄 ∙ Δ푻 Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é DIRETAMENTE PROPORCIONAL 1. à Massa (m) do corpo  Quanto maior a massa do corpo, maior a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura; 2. ao Calor Específico (c)  Quanto maior o calor específico, maior a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura; 3. à Variação de Temperatura (ΔT)  Quanto maior a variação de temperatura que se deseja obter de um corpo, maior a quantidade de calor que se deve fornecer.
  11. 11. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Curiosidade No deserto, durante o dia, a temperatura atinge valores muito elevados; situação que se inverte à noite, com temperaturas bem baixas. Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
  12. 12. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Curiosidade A explicação dessa variação se baseia no conceito de calor específico. Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o que a faz aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar facilmente à noite. Por isso, as temperaturas variam muito.
  13. 13. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Curiosidade A “Caloria” utilizada por médicos e nutricionistas é, na realidade, a quilocaloria (1 kcal = 1000 cal), também chamada Grande Caloria. 1 Cal = 1000 cal Imagem: Glane23 / GNU Free Documentation License
  14. 14. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Curiosidade Brisa Marítima X Brisa Continental Por que, quando estamos na praia durante o dia, percebemos que os ventos sopram da água para a praia e à noite esse sentido é invertido? Imagem: Tó campos1 / Domínio Público
  15. 15. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Brisa Marítima X Brisa Continental Durante o dia, a temperatura da terra se eleva mais rapidamente que a da água. Isso acontece porque o calor específico da água é maior que o da terra. Ou seja, é necessário maior quantidade de calor para elevar a temperatura de certa massa de água que elevar a temperatura da mesma massa de areia. As camadas de ar que estão em contato com a areia se aquecem mais, ficam menos densas e sobem. Seu lugar é ocupado pelo ar frio que está em contato com a água. Surge assim uma brisa do mar para a praia (Brisa Marítima). Dia o ar se esfria e desce z AR DE ALTA PRESSÃO AR DE BAIXA PRESSÃO o ar é mais frio sobre o mar e se move em direção ao continente o ar se aquece no continente e sobe
  16. 16. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Brisa Marítima X Brisa Continental À noite, o movimento se inverte. Devido, ainda, aos diferentes valores de calores específicos, a terra esfria mais rapidamente. A água demora mais para esfriar. Assim, à noite, o ar mais quente é o que está em contato com a água. Por ser menos denso, ele sobe, dando lugar ao ar mais frio que está em contato com a praia. Produz-se então a brisa da terra para o mar (Brisa Continental ou Brisa Terrestre). Noite z o ar se esfria em altitude e desce AR DE BAIXA PRESSÃO AR DE ALTA PRESSÃO o ar mais frio sobre o continente se desloca em direçáo ao mar o ar mais aquecido sobre o mar sobe
  17. 17. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Calorímetro Recipiente termicamente isolado que evita troca de calor entre o seu conteúdo e o meio externo. Em princípio, um calorímetro ideal não deveria trocar calor com os corpos de seu interior, mas na prática isso ocorre. Portanto, em alguns casos, vamos considerar a capacidade térmica do calorímetro no equacionamento da troca de calor. Imagem: Akshat Goel / Creative Commons Attribution- Share Alike 3.0 Unported
  18. 18. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Calorímetro A garrafa térmica é um tipo de calorímetro. Com a finalidade de isolar termicamente o conteúdo de uma garrafa térmica do meio ambiente, adotam-se os seguintes procedimentos: • As paredes internas são feitas de vidro, que, por ser mau condutor, atenua a troca de calor por condução; • as paredes internas são duplas, separadas por uma região de vácuo, cuja função é evitar a condução do calor que passa pelas paredes de vidro. Imagem: Henna / Creative Commons Attribution-Share Alike 1.0 Generic
  19. 19. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico A garrafa térmica é um tipo de calorímetro. • O vidro de que são feitas as paredes internas da garrafa é espelhado, para que o calor radiante seja refletido, atenuando assim as trocas por irradiação. • Para evitar as possíveis trocas de calor por convecção, basta fechar a garrafa, pois dessa forma as massas fluidas internas não conseguem sair do sistema. • É evidente que não existe o isolamento térmico perfeito; assim, apesar dos cuidados citados, após um tempo relativamente grande (várias horas), o conteúdo da garrafa térmica acaba atingindo o equilíbrio térmico com o meio ambiente. Imagem: Henna / Creative Commons Attribution-Share Alike 1.0 Generic Calorímetro
  20. 20. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Trocas de calor Num sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo, a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero. 푸풄풆풅풊풅풐 + 푸풓풆풄풆풃풊풅풐 = ퟎ Para um sistema de n corpos, escrevemos: 푄1 + 푄2 + 푄3 + ⋯ + 푄푛 = 0 No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos corpos com o ambiente. 푄1 + 푄2 + 푄3 + ⋯ + 푄푛 + 푄푎푚푏푖푒푛푡푒 = 0
  21. 21. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Vamos Exercitar?
  22. 22. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Exercício 01 (VUNESP-SP) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível. Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será: a) a água. b) o petróleo. c) a glicerina. d) o leite. e) o mercúrio. Tabela Líquido Calor Específico (J/9°C) Água Petróleo Glicerina Leite Mercúrio 4,19 2,09 2,43 3,93 0,14
  23. 23. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Resolução Resposta: e) o mercúrio: c = 0,14 J/g.ºC Pela equação geral da calorimetria (Qs = m.c.ΔT), percebemos que a variação de temperatura é inversamente proporcional ao calor específico da substância. Ou seja, vai sofrer MAIOR VARIAÇÃO DE TEMPERATURA aquela substância que apresentar MENOR CALOR ESPECÍFICO. Resposta: e)
  24. 24. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Exercício 02 (FUVEST-SP) Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a sua temperatura de 1°C, sofre um acréscimo de temperatura de 10°C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: (Adote: cágua: 1,0 cal/g.°C) a) 0,2 b) 0,1 c) 0,15 d) 0,05 e) 0,01
  25. 25. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Resolução Sabemos que: 푚푏푙표푐표 = 2,0 푘푔 = 2000 푔 Δ푇푏푙표푐표= 10 ℃ 푐푏푙표푐표 =? 푚á푔푢푎 = 1000 푔 Δ푇á푔푢푎= 1 ℃ 푐á푔푢푎 = 1 푐푎푙/(푔 ∙ ℃) Como todo calor liberado pela água vai ser aproveitado para aquecer o bloco, temos que: 푸풃풍풐풄풐 = 푸á품풖풂  풎풃 ∙ 풄풃 ∙ Δ푻풃= 풎풂 ∙ 풄풂 ∙ Δ푻풂 Substituindo os valores, obtemos: ퟐퟎퟎퟎ ∙ 풄풃 ∙ ퟏퟎ = ퟏퟎퟎퟎ ∙ ퟏ ∙ ퟏ  ퟐퟎퟎퟎퟎ ∙ 풄풃 = ퟏퟎퟎퟎ  풄풃 = ퟏퟎퟎퟎ ퟐퟎퟎퟎퟎ 풄풃 = ퟎ, ퟎퟓ 풄풂풍/(품 ∙ ℃) Resposta: d)
  26. 26. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Exercício 03 (FATEC-SP) Um frasco contém 20 g de água a 0°C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80°C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C. Supondo não haver troca de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura será: a) 60°C b) 16°C c) 40°C d) 32°C e) 10°C
  27. 27. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Resolução Sabemos que: 푚퐴푙 = 50 푔 푇푖,퐴푙 = 80 ℃ 푐퐴푙 = 0,10 푐푎푙/(푔 ∙ ℃) 푚á푔푢푎 = 20 푔 푇푖,á푔푢푎 = 0 ℃ 푐á푔푢푎 = 1 푐푎푙/(푔 ∙ ℃) 푇푓,퐴푙 = 푇푓,á푔푢푎 = 푇푒푞. Como não vai haver troca de calor com o meio externo, temos que: 푸풑풆풓풅풊풅풐 + 푸풓풆풄풆풃풊풅풐 = ퟎ Substituindo os valores, obtemos: ퟓퟎ ∙ ퟎ, ퟏퟎ ∙ 푻풆풒 − ퟖퟎ + ퟐퟎ ∙ ퟏ ∙ 푻풆풒 − ퟎ = ퟎ ퟓ ∙ 푻풆풒 − ퟖퟎ + ퟐퟎ ∙ 푻풆풒 = ퟎ   ퟓ ∙ 푻풆풒 − ퟒퟎퟎ + ퟐퟎ ∙ 푻풆풒 = ퟎ ퟐퟓ ∙ 푻풆풒 − ퟒퟎퟎ = ퟎ  ퟐퟓ ∙ 푻풆풒 = ퟒퟎퟎ 푻풆풒풖풊풍í풃풓풊풐 = ퟏퟔ℃  푻풆풒 = ퟒퟎퟎ ퟐퟓ   Resposta: b) 푸푨풍풖풎í풏풊풐 + 푸á품풖풂 = ퟎ  풎푨풍 ∙ 풄푨풍 ∙ Δ푻푨풍 + 풎풂 ∙ 풄풂 ∙ Δ푻풂= ퟎ
  28. 28. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Exercício 04 (FEI-SP) Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre os corpos. d) o corpo maior cede calor para o corpo menor. e) o corpo menor cede calor para o corpo maior. Resolução Como os corpos estão em equilíbrio térmico, não vai existir calor, visto que CALOR É A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO devido a diferenças de temperatura entre os corpos. Resposta: c)
  29. 29. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Exercício 05 (PUC-SP - Modificada) É preciso abaixar de 3°C a temperatura da água da bacia, para que o nosso amigo possa tomar banho confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor deve ser retirado da água? O caldeirão contém 10 kg de água e o calor específico da água é 1 cal/g°C. a) 20 kcal b) 10 kcal c) 50 kcal d) 30 kcal e) Precisa-se da temperatura inicial da água para determinar a resposta. Imagem: Richfife / Domínio Público
  30. 30. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Resolução Sabemos que: Da equação geral da calorimetria, temos Resposta: d) 푚á푔푢푎 = 10 푘푔 = 10000 푔 Δ푇á푔푢푎= −3 ℃ 푐á푔푢푎 = 1 푐푎푙/(푔 ∙ ℃) 푸풔 = 풎á품풖풂 ∙ 풄á품풖풂 ∙ Δ푻á품풖풂 Substituindo os valores, obtemos: 푸풔 = ퟏퟎퟎퟎퟎ ∙ ퟏ ∙ (−ퟑ)  푸풔 = −ퟑퟎퟎퟎퟎ 풄풂풍 푸풔 = −ퟑퟎ 풌풄풂풍 O sinal negativo indica que o calor foi retirado da água.
  31. 31. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Extras VÍDEO DO YOUTUBE Calor específico Link: http://www.youtube.com/watch?v=dLZVp4m49kA Calorimetria Link: http://www.youtube.com/watch?v=X_JR7OpoNxE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Transferência de calor entre um metal e a água Link: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html Equilíbrio térmico Link: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/thermoEquiv.html EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS Capacidade térmica do calorímetro (Determinação) Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_32.asp CURIOSIDADES Equivalente mecânico do calor Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/ET_05.asp LISTAS DE EXERCÍCIOS Cola da Web Link: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-fisica/calorimetria
  32. 32. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Obrigado pela Atenção!
  33. 33. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Calor sensível, capacidade térmica e calor específico Bibliografia • BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010. • GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, 2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, 2011. • <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 12/06/2012. • <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 12/06/2012. • <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 12/06/2012.
  34. 34. Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 2 Capture Queen / Creative Commons Attribution 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ameen.jpg 13/09/2012 3 Valo / Creative Commons Atribuição 2.5 Genérica http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flametail.j pg?uselang=pt-br 13/09/2012 4 James Heath (engraver) after Henry Raeburn / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Black_Joseph.j pg 13/09/2012 5 James Heath (engraver) after Henry Raeburn / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Black_Joseph.j pg 13/09/2012 6 GRAN / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boiling_wa ter.jpg 13/09/2012 11 Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:(Men_and _camels_in_the_desert.).jpg 13/09/2012 12 Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:(Men_and _camels_in_the_desert.).jpg 13/09/2012 13 Glane23 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pringles_c hips.JPG 13/09/2012 14 Tó campos1 / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Brisa.jpg 13/09/2012 17 Akshat Goel / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bomb_Cal orimeter.png 13/09/2012
  35. 35. Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 18 Henna / Creative Commons Attribution- Share Alike 1.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermos_ bottle.jpg 13/09/2012 19 Henna / Creative Commons Attribution- Share Alike 1.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermos_ bottle.jpg 13/09/2012 29 Richfife / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baby_vs._ Bathwater.JPG 13/09/2012

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