FÍSICAPROF.ª RISÔLDA FARIASPROF. NELSON BEZERRA

EM EJA 1ªFASE

Unidade IVTecnologiaAula 17Revisão e Avaliação.

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REVISÃO DOS CONTEÚDOS

Termologia (termo = calor, logia = estudo)É a parte da Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre a matéria. Ou seja, a termologia é um ramo da Física que estuda os fenômenos térmicos como calor, temperatura, dilatação, energia térmica, estudo térmico dos gases etc.

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REVISÃO 1

Conceito de temperatura É a grandeza que mede o estado de agitação das moléculas.É uma grandeza que permite avaliar o grau de agitação térmica das moléculas de um corpo. Quanto maior a agitação térmica das moléculas, maior a temperatura do corpo.

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REVISÃO 1

Energia cinética de um gás

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REVISÃO 1

Calor É a energia que flui de um corpo com maior temperatura para outro de menor temperatura. Ou seja, é a energia térmica em trânsito, que ocorre devido à diferença de temperatura.

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REVISÃO 1

VídeoChroma

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REVISÃO 1

Escalas termométricasÉ o conjunto de valores numéricos em que cada valor está associado a uma determinada temperatura.Existem três escalas mais importantes que são Escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

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REVISÃO 1

Conversão entre escalas Celsius e Fahrenheit

TC

5= TF - 32

9

9

REVISÃO 1

Conversão entre escalas Celsius e KelvinA escala Kelvin é a escala adotada oficialmente no SI (Sistema Internacional de Unidades).

TC = TK - 273

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REVISÃO 1

ExemploUm turista brasileiro, ao descer no aeroporto de Chicago (EUA), observou um termômetro marcando a temperatura local 50 ºF. Calcule essa temperatura nas escalas Celsius e Kelvin.

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REVISÃO 1

Preview TC

5= TF - 32

9

Substituindo na equação a temperatura, temos:TC

5= 50 - 32

9

TC

5= 18

9

Tc = 2 · 5 = 10 ºCTc = TK – 27310 = TK – 273 TK = 10 + 273 = 283 K

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REVISÃO 1

Transmissão ou propagação de calor DefiniçãoÉ a passagem da energia térmica de um corpo para outro. Os processos de transmissão ou propagação de calor são três: condução, convecção e irradiação.

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REVISÃO 1

ConduçãoÉ a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos).As panelas que utilizamos para cozinhar são feitas de ferro, que é um material que absorve melhor o calor recebido pela chama do fogão. Já o cabo da mesma panela é feito de madeira, que é um bom isolante térmico e não se aquece da mesma forma que a panela.

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REVISÃO 1

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REVISÃO 1

Convecção térmicaÉ a propagação de calor, através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e ação da gravidade. Ocorre somente nos líquidos e gases.

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REVISÃO 1

Exemplo de Convecção

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REVISÃO 1

Irradiação ou radiaçãoÉ o processo de transmissão de calor em que a energia térmica é transmitida por raios luminosos invisíveis aos nossos olhos: os raios infravermelhos.

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REVISÃO 1

Irradiação ou radiaçãoAo colocar a mão sob um ferro elétrico quente, sem tocar na sua superfície, sentimos a mão “queimar”. Isso ocorre porque a transmissão de calor entre o ferro elétrico e a mão se deu principalmente através da propagação de calor por radiação.

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REVISÃO 1

Situação do cotidiano

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REVISÃO 1

Exemplo 3Um turista brasileiro, ao descer no aeroporto de Chicago (EUA), observou um termômetro marcando a temperatura local 113 ºF. Calcule essa temperatura nas escalas Celsius e Kelvin.

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REVISÃO 1

Preview TC

5= TF - 32

9

Substituindo na equação a temperatura, temos:TC

5= 113 - 32

9

TC

5= 81

9

TC = 9 · 5 = 45 ºCTC = TK – 273 15 = TK – 273 45 = TK – 273 TK = 45 + 273 = 318 K

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REVISÃO 1

A dilatação térmica é a variação das dimensões de um material, causada pela mudança de temperatura. Para compreender porque isso acontece, precisamos do conceito de temperatura.

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REVISÃO 2

Temperatura É a medida da agitação das moléculas. Ao aquecermos uma substância, aumentamos a agitação de suas moléculas, a qual causa um acréscimo no tamanho do objeto aquecido. Caso a resfriamos, acontece o processo inverso.

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REVISÃO 2

Dilatação LinearAplica-se apenas para os corpos em estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas uma dimensão. Como, por exemplo, em barras, cabos e fios.

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REVISÃO 2

Ao considerarmos uma barra homogênea, por exemplo, de comprimento Lo a uma temperatura inicial to. Quando esta temperatura é aumentada até uma t (> to), observa-se que esta barra passa a ter um comprimento L (> Lo).

Lo

L

∆L

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REVISÃO 2

Com isso é possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial Lo. Mas ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, sua variação de comprimento seria diferente, isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α).

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REVISÃO 2

Coeficiente de dilatação linearSubstância Coeficiente (ºC-1)

Ferro 12 · 10-6

Aço 12 · 10-6

Alumínio 24 · 10-6

Cobre 17 · 10-6

Chumbo 29 · 10-6

Mercúrio 41 · 10-6

Concreto 12 · 10-6

Vidro 9 · 10-628

REVISÃO 2

Assim podemos expressar:∆L = L0 · α · ∆t

A unidade usada para α é o inverso da unidade de temperatura, como: ºC-1. O comprimento final é dado por:

L = ∆L + L0

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REVISÃO 2

ExemploO mastro de uma bandeira é feito de alumínio (α = 2,4 x 10-5 °C-1) e possui 5 m de comprimento quando a temperatura ambiente é de 22 ºC. Em um dia de verão a temperatura sobe para 42 ºC. Sendo assim determine:

a) A dilatação linear do mastro da bandeira;b) O novo comprimento do mastro.

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REVISÃO 2

PREVIEWSolução:

∆L = L0 · α · ∆t∆L = 5 · 2,4 · 10-5 · 20

∆L = 240 · 10-5 m∆L = 0,0024 m

L = ∆L + L0

L = 0,0024 + 5L = 5,0024 m 31

REVISÃO 2

Dilatação SuperficialEsta forma de dilatação consiste em um caso onde há dilatação linear em duas dimensões.

∆S = S0 · β · ∆t

Onde: β = 2 · αA área final é dada por:

S =∆S + S0

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REVISÃO 2

Observe que esta equação é aplicável para qualquer superfície geométrica, desde que as áreas sejam obtidas através das relações geométricas para cada uma, em particular (circular, retangular, trapezoidal, etc.).

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REVISÃO 2

Dilatação VolumétricaAssim como na dilatação superficial, este é um caso da dilatação linear que acontece em três dimensões, portanto tem dedução análoga à anterior.

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REVISÃO 2

Podemos estabelecer que o coeficiente de dilatação volumétrica ou cúbica é dado por:

γ = 3 · αAssim:

∆V = V0 · γ · ∆t

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REVISÃO 2

Assim como para a dilatação superficial, esta equação pode ser utilizada para qualquer sólido, determinando seu volume conforme sua geometria.Sendo β=2α e γ=3α, podemos estabelecer as seguintes relações:

β2

=α=y3

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REVISÃO 2

Estudo dos gases: Conceitos iniciaisPropriedades dos gases

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REVISÃO 2

Estudo dos gases: Conceitos iniciaisPropriedades dos gasesEm um gás real:

• As moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.

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REVISÃO 2

Estudo dos gases: Conceitos iniciaisPropriedades dos gasesEm um gás real:

• As moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.

Em um gás ideal: • Só há interação entre as moléculas quando elas se

chocam.

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REVISÃO 2

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REVISÃO 2

Condições Normais de temperatura e pressão CNTP os valores de pressão e temperatura são:

• Temperatura: 0 ºC ≈ 273,15K • Pressão: 101.325 Pa ≈ 1 atm (pressão atmosférica ao

nível do mar).

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REVISÃO 2

Variáveis de Estado • São as grandezas que servem para caracterizar certa

quantidade de gás no que se refere à sua quantidade de energia interna.

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REVISÃO 2

Variáveis de Estado • São as grandezas que servem para caracterizar certa

quantidade de gás no que se refere à sua quantidade de energia interna.

• Pressão (P) em pascal (Pa): a pressão que um gás exerce é devida ao choque de suas partículas contra as paredes do recipiente.

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REVISÃO 2

Variáveis de Estado • São as grandezas que servem para caracterizar certa

quantidade de gás no que se refere à sua quantidade de energia interna.

• Pressão (P) em pascal (Pa): a pressão que um gás exerce é devida ao choque de suas partículas contra as paredes do recipiente.

• Volume (V) em m3 é o volume de um gás perfeito medida da capacidade oferecida pelo recipiente que contém o gás.

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REVISÃO 2

• Temperatura (T) em Kelvin: é a grandeza que mede o estado de agitação das partículas do gás.

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REVISÃO 2

Relação entre as variáveis de estadoQuando uma certa quantidade de gás evolui de um estado inicial (Pi, Vi, Ti) para um estado final (Pf, Vf, Tf), podemos relacionar as variáveis de estado pela expressão abaixo:

Lei geral dos gases

Pi . Vi

Ti

= PF . Vf

Tf

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REVISÃO 2

Transformações GasosasA transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica.

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REVISÃO 2

São quatro transformações básicas • Isotérmica • Isobárica • Isométrica (ou isovolumétrica ou ainda isocórica) • Adiabática.

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REVISÃO 2

Transformação IsotérmicaLei de Boyle-MariotteA temperatura não muda durante a transformação gasosa.A pressão e o volume de um gás ideal, mantido em temperatura constante, são inversamente proporcionais.

Pi · Vi = Pf · Vf

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REVISÃO 2

Transformação IsobáricaLei de Charles e Gay-LussacMantidas massa e pressão constantes, o volume do gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta (kelvin), fato conhecido com Lei de Charles.

Vi

Ti

=Vf

Tf 50

REVISÃO 2

ExemploUm gás no estado 1 apresenta volume de 14 L, pressão de 5 atm e temperatura de 300 K. Qual será o volume do gás em um estado 2 se a temperatura for dobrada à pressão constante?

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REVISÃO 2

PreviewSolução Vi

Ti

=Vf

Tf

14

300=

Vf

600

Vf =14 . 600

300Vf = 28 L

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REVISÃO 2

Transformação isocórica, isovolumétrica ou isométricaQuando são mantidos constantes o volume e a massa de um gás, a pressão será diretamente proporcional a temperatura absoluta, fato conhecido como lei de Gay-Lussac.Onde a equação é:

Pi

Ti

=Pf

Tf

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REVISÃO 2

Observando o gráfico, temos:

O gráfico nos mostra que, o gás ao ser aquecido aumenta sua pressão, e quando resfriado diminui a sua pressão.

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REVISÃO 2