Termologia

OBJETIVOS

• Diferença entre calor e temperatura• Equilíbrio térmico• Conversão de temperatura• Dilatação térmica• Comportamento anômalo da água• Relação entre calor trocado e variação de

temperatura• Mudança de estado físico• Como calor se propaga

EXISTE DIFERENÇA EXISTE DIFERENÇA ENTRE CALOR E ENTRE CALOR E TEMPERATURA?TEMPERATURA?

• TEMPERATURA

Um corpo é constituído de partículas (moléculas) que estão em continuo movimento. A temperatura é uma grandeza escalar que mede o estado de agitação molecular, caracterizando assim o seu estado térmico.

• CALOR

Calor é uma forma de energia em trânsito, isso porque o calor só aparece quando está saindo de um corpo de maior temperatura e indo para outro de menor temperatura

EQUILÍBRIO TÉRMICOOcorre quando colocamos corpos com diferentes

temperaturas em contanto. O corpo “quente” (maior temperatura) fornece calor para o corpo

“frio” (menor temperatura), até cessar as trocas de calor, neste instante, dizemos que estes corpos

estão à mesma temperatura

SE UM TERMÔMETRO SE UM TERMÔMETRO QUALQUER MARCA QUALQUER MARCA 41° VOCÊ ACHA QUE 41° VOCÊ ACHA QUE O DIA ESTÁ QUENTE O DIA ESTÁ QUENTE

OU FRIO? OU FRIO?

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

• 1°. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de fusão do gelo, chamado ponto do gelo.

• 2°. Ponto Fixo: corresponde à temperatura de ebulição da água, chamado ponto de vapor.

ESCALAS

• CELSIUS

• FAHRENHEIT

• KELVIN (ABSOLUTA)

C K F

C K F

C K F

−−

=−−

=−−

⇒ =−

=−

=−

=−

0

100 0

273

373 273

32

212 32

100

273

100

32

180

5

273

5

32

9

Exemplo:

Transformar 35ºC em ºF.

C = F – 32

5 9

35 = F – 32 7 = F – 32 63= F -32

5 9 9

63 + 32 = F

F = 95ºF

EXERCÍCIO Qual a temperatura que em graus Celsius tem a

metade do valor medido em graus Fahrenheit?

C = F ou F = 2C

2

C = F – 32 ⇒ C = 2C – 32 ⇒ 9C = 10C – 160

5 9 5 9

10C – 9C = 160

C = 160 °C

DILATAÇÃO TÉRMICA

COMO FUNCIONA UM TERMÔMETRO?COMO FUNCIONA UM TERMÔMETRO?

Dilatação LinearÉ aquela em que predomina a variação em

uma única dimensão, ou seja, o comprimento.

∆L = Li α ∆T

α é coeficiente de dilatação linearUNIDADE:ΔL e L m

EXEMPLOUm fio de cobre tem 6 metros de comprimento a 10ºC. Determinar seu comprimento quando aquecido a 50ºC. Dado αcu = 17 . 10-6 ºC-1.

∆L = Li α ∆T∆L = 6 . 17 . 10-6 . (50 – 10)∆L = 102 . 10-6 . 40∆L = 4080 . 10-6

∆L = 0,004080Lf = 6 + 0,004080Lf = 6,004080

Lf ≅ 6,004 m

EXERCÍCIO

O comprimento de uma barra metálica aumenta de 0,2% quando sua temperatura varia de 100°C. A partir desses dados, conclui-se que o coeficiente de dilatação linear desse metal é:

Lf = Li + 0,2%Li

Lf = Li + 0,002Li

Lf – Li = 0,002 Li ou seja ∆L = 0,002 Li ∆L = Li α ∆T

0,002 Li = Li α 100

100 α = 0,002

α = 2 . 10-5

Dilatação Superficial:É aquela em que predomina a variação

em duas dimensões, ou seja, a área.

∆A = Ai β∆T

β é o coeficiente de dilatação superficial UNIDADE:ΔA e A m2

EXEMPLO

Uma placa retangular de alumínio tem 10 cm de largura e 40 cm de comprimento à temperatura de 20ºC. Essa placa é colocada num ambiente cuja temperatura é de 50ºC. Sabendo que βAt = 46 . 10-6ºC-1, calcular a dilatação superficial da placa.

∆A = Ai.β.∆t

∆A = 400 . 46 . 10-6 . (50º - 20º)∆A = 400 . 46 . 10-6 . 30∆A = 552000 . 10-6

∆A = 0,552 cm2

EXERCÍCIO

Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (aAl = 24 . 10–6 °C–1) e uma haste de aço (aAço = 12 . 10 –6 °C –1), todas inicialmente à mesma temperatura. O sistema é, então, submetido a um processo de aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, a figura formada pelas hastes estará mais próxima de um:

a) quadrado c) losango e) trapézio isósceles.

b) retângulo d) trapézio retângulo

e

Dilatação Volumétrica: É aquela em que ocorre quando existe

variação das três dimensões de um corpo:

comprimento, largura e espessura

∆V = Viγ∆T

γ é o coeficiente de dilatação volumétrica UNIDADE: Δv e V m3

OBSERVAÇÕES:

β, o coeficiente de dilatação superficial (β= 2α)

γ, o coeficiente de dilatação volumétrica (γ = 3α)

UNIDADE: °C-1

EXEMPLOUm recipiente de vidro tem capacidade de 600cm3 a 15ºC.

Sabendo-se que αvidro = 27 . 10-6°C-1 determine a capacidade desse recipiente a 25ºC.

∆V = Viγ∆Tγ = 3α ⇒ γ = 3 . 27 . 10-6 ⇒ γ = 81 . 10-6°C-1

∆V = 600 . 81 . 10-6 . 10∆V = 486 . 10-3

∆V = 0,486Vf = 600,486

EXERCÍCIO

Um pequeno tanque, completamente preenchido com 20,0 L de gasolina a 10°C, é logo a seguir transferido para uma garagem mantida a temperatura de 35°C. Sendo y = 0,0012°C-1 o coeficiente de expansão volumétrica da gasolina, qual o volume de gasolina que vazará em conseqüência do seu aquecimento até a temperatura da garagem?

∆V = Viγ∆T

∆V = 20 . 0,0012 . 25

∆V = 0,6 L

POR QUE UMA POR QUE UMA GARRAFA DE VIDRO GARRAFA DE VIDRO CONTENDO LÍQUIDO CONTENDO LÍQUIDO

ESTOURA DENTRO DO ESTOURA DENTRO DO CONGELADOR?CONGELADOR?

CALORIMETRIA

POR QUE, EM UMA POR QUE, EM UMA PRAIA, DURANTE UM PRAIA, DURANTE UM DIA ENSOLARADO, A DIA ENSOLARADO, A AREIA É MUITO MAIS AREIA É MUITO MAIS

QUENTE QUE A ÁGUA?QUENTE QUE A ÁGUA?

Calor SensívelSempre que houver variação temperatura:

Q = m.c.ΔT

• Q é quantidade de calor (cal) S.I. (J)

• M é a massa (g) S.I. (kg)

• c é calor específico (cal/g°C) S.I. (J/kgK)

• ΔT é variação de temperatura (°C) S.I. (K)

Calor específico

Calor específico de uma substância é igualà quantidade de calor que deve ser cedida a1 grama da substância para provocar nelauma variação de temperatura de 1ºC.

Capacidade térmica de um corpo: (C)

A capacidade térmica de um corporepresenta a quantidade de calor necessáriapara que a temperatura do corpo varie de 1ºC.

C=m.c

EXEMPLO

Calcular a quantidade de calor necessária para elevar uma massa de 500 gramas de ferro de 15ºC para 85ºC. O calor específico do ferro é igual a 0,114 cal/g.ºC.

Q = m.c.ΔT

Q = 500 . 0,114 (85º - 15º)

Q = 500 . 0,114 . 70Q = 3990cal.

EXERCÍCIO

Um corpo de massa 200g é aquecido por uma fonte que lhe transmite energia a uma potência constante de 3cal/s. O gráfico mostra a variação da temperatura em função do tempo. Qual é o calor específico do referido corpo?

Q = m.c.ΔT

ΔT = 20°C em 250 s

Q = 3 . 250 = 750 cal

750 = 200 . c . 20

750 = 4000 c

c = 0,1875 cal/g°C

T(°C)

MUNDANÇAS DE FASE (CALOR LATENTE)

• Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso.

SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO

Calor Latente

O calor latente de mudança de estado de

uma substância é igual à quantidade o calor

que devemos ceder ou retirar de um grama da

substância para que ela mude de estado

Q = m.L

Diagrama de fase

EXEMPLO

Um bloco de gelo de massa 600 gramas encontra-se a 0ºC. Determinar a quantidade de calor que se deve fornecer a essa massa para que se transforme totalmente em água a 0ºC.

Dado Lf = 80 cal/g

Q = m LQ = 600 . 80Q = 48000calQ = 48kcal

PROPAGAÇÃO DO CALOR

http://fatec.org/v02/index.php?option=com_content&task=view&id=12&Itemid=9&limit=1&limitstart=4

BRISAS LITORÂNEAS

EFEITO ESTUFA

ELETROSTÁTICA

CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA – CARGA ELÉTRICA

A matéria é constituída de átomos, que numa visão superficial, são constituídos por 3 partículas elementares: prótons, elétrons e nêutrons. Os prótons (+) e os nêutrons estão localizados no núcleo e os elétrons (-) descrevem órbitas em torno desse núcleo.

CARGA ELÉTRICA: um corpo possui carga elétrica quando possui um conjunto de prótons ou elétrons em excesso.

• Se ele possuir excesso de prótons ele possui carga positiva (+).

• Se ele possui excesso de elétrons ele possui carga negativa (-).

• corpo neutro (número de prótons igual ao número de elétrons) não possui carga elétrica.

Carga de um corpo

Carga elementar:É a carga de um elétron e = 1,6 x 10-19C Carga de um corpo: um corpo carregado só pode possuir

excesso, ou falta, de um número inteiro de elétrons, a carga total de um corpo (Q) será dada por:

Q = n .e

UNIDADE

A unidade de carga elétrica no sistema internacional é Coulomb (C)

Observação: 1C (1 micro-coulomb) = 10 -6 C

É dado um corpo eletrizado com carga 6,4μC. Determine o número de elétrons em falta no corpo. A carga do elétron é – 1,6 x 10-19C.

Q = n .e

6,4 . 10-6 = n (-1,6 . 10-19)

n = 6,4 . 10-6

-1,6 . 10-19

n = - 4 . 1013

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

• Eletrização por atrito:

Quando atritamos duas substâncias de naturezas diferentes elas eletrizam-se com cargas de igual valor absoluto, porém uma das quais ficará positiva e a outra negativa.

• Eletrização por contato:

Ocorre quando colocamos em contato um corpo carregado com outro neutro. Após o contato o corpo que estava neutro ficará carrega com carga de mesmo sinal do corpo eletrizado.

ANTES DEPOIS

• Eletrização por indução:

(a) Aproxima-se o indutor (nesse exemplo bastão) do induzido (esfera) sem que haja contato;

(b) Liga-se o induzido à terra através de um fio terra. Com isso as irão sair do corpo;

(c) Ao saírem as cargas negativas o corpo ficará com excesso de cargas positivas;

(d) Afasta-se o indutor e o corpo está eletrizado.

ELETROSCÓPIOS

• Eletroscópio de Pêndulo:

• Eletroscópio de Folhas:

PRINCÍPIOS

• Princípio da atração e repulsão: Cargas elétricas de mesma espécie se repelem e de

espécies diferentes se atraem.

• Princípio da conservação das cargas. Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica

das cargas permanece constante. Não se pode criar nem destruir cargas elétricas, somente transferi-las de um corpo para outro.

LEI DE COULOMB

K é uma constante que para o vácuo vale 9.109 Nm2/C2

EXEMPLO

Determine a magnitude da força elétrica em um elétron no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica tem um raio médio de d = 0,5.10-10 m.

EXERCÍCIO

Admita que duas cargas elétricas, separadas de 0,03 m, repelem-se com uma força de 4,0 × 10-5 N. Qual será o valor da força de repulsão, em newton, se a distância entre as cargas é aumentada para 0,12 m?

A força é inversamente proporcional ao quadrado da distância.

df = 4di

Ff = Fi

42

F = 4,0 x 10-5 = 0,25 x 10-5 N 16

F = 2,5 x 10-6 N