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FÍSICA
Professor: Alexandre Vicentini
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
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16o Dia
(29/07/2019)
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
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Termologia
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Hidrostática
Termologia é a parte da Física responsável por estudar o calor e seus
efeitos sobre a matéria.
Figura 1
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Temperatura
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Medição de Temperatura
A Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um
sistema.
A temperatura está relacionada com o estado de movimento ou de
agitação das partículas de um corpo e pode ser feita por um processo
indireto, usando-se um segundo corpo
Figura 2Figura 2
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Medição de Temperatura
A substância que se usa, em um termômetro, para medir a temperatura
é chamada de substância termométrica.
A grandeza (comprimento, volume, etc.) que varia com a temperatura
recebe o nome de grandeza termométrica.
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Escalas Termométricas
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Escalas Termométricas
Escala termométrica é um conjunto de valores numéricos em que cada
valor está associado a uma determinada temperatura.
São adotados usualmente como pontos fixos os estados térmicos
correspondentes ao gelo fundente (ponto do gelo) e à água em
ebulição (ponto do vapor).
As principais escalas termométricas utilizadas são:
Escala Celsius
Escala Fahrenheit
Escala Kelvin
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Escalas Termométricas
Tc5=
TF − 32
9
Tk = Tc + 273
TF − 32
9=Tk − 273
5
Figura 3
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Variação de Temperatura
∆C5=∆F9
∆C = ∆kFigura 4
∆F9=∆k5
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O Zero Absoluto
A mais baixa temperatura possível que qualquer substância pode
alcançar – a temperatura na qual as moléculas da substância tem sua
energia cinética mínima.
Figura 5
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O calor e sua propagação
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O calor e sua propagação
A energia transferida de um corpo
para outro por causa de uma
diferença de temperatura entre elas
é chamada de Calor.
Calor é energia em trânsito. Uma vez
transferida, a energia deixa de ser
calor.
O calor flui naturalmente da região
de maior temperatura para a de
menor temperatura até que se
estabeleça o equilíbrio térmico.
Figura 6Joule = J ou caloria = cal 1 cal = 4,2 J
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Processos de propagação do calor
Existem três processos de propagação do calor:
Condução
Convecção
Radiação
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Condução
A energia térmica passa de partícula para partícula de um meio
A condução não ocorre no vácuo, pois ela precisa de um meio
material (com matéria) para se propagar.
Os metais possuem elétrons livres para transportar energia e por essa
razão, eles são excelentes condutores de calor e de eletricidade.
Figura 7
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Lei de Fourier
No regime permanente, o fluxo térmico (∅) é dado por:
∅ =k . A . ∆T
L
∅ = fluxo térmico [J/s]
k = coeficiente de condutibilidade térmica [W.m‒1/K]
A = área [m2]
∆T = diferença de temperaturas [K] ou [oC]
∆t = intervalo de tempo [s]
Q = quantidade de calor [J]
∅ =Q
∆t
Figura 8
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Convecção
Na convecção há transferência de calor devido ao próprio
movimento do fluido (gases, vapores e líquidos).
Figura 9
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Radiação
Processo de propagação da energia através de ondas
eletromagnéticas.
A radiação infravermelha é frequentemente chamada de radiação
térmica.
Figura 10
Figura 11
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Calorimetria
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Calorimetria
A calorimetria estuda as trocas de calor entre os corpos, as mudanças
de estado térmico e o equilíbrio térmico.
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Capacidade Térmica e Calor Especifico
A capacidade térmica (C) de um corpo indica a quantidade de calor
que ele precisa receber ou ceder para que sua temperatura varie uma
unidade.
Porém, o calor específico não depende da massa do corpo, pois é uma
característica da substância e não do corpo.
C =Q
∆T
c =C
m
C = capacidade térmica [J/K] ou [cal/oC]
Q = quantidade de calor [J]
∆T = variação de temperatura [K] ou [oC]
c = calor específico [J/kgK] ou [cal/goC]
m= massa [kg]
C = m . c
Q = m . c . ∆T
cágua = 1,0 cal/g °C
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Calor sensível
O calor sensível é o calor que, recebido ou cedido por um corpo,
provoca nele uma variação de temperatura.
Q = m . c . ∆Tequação fundamental da
calorimetria
Q > 0 (𝑟𝑒𝑐𝑒𝑏𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟)Q < 0 (𝑐𝑒𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟)
Figura 12
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Equivalente em água
O equivalente em água de um corpo é a massa E de água que possui
capacidade térmica igual à do corpo considerado, podendo substituí-lo
no equacionamento das quantidades de calor trocadas.
E =mcorpo . ccorpo
cágua
E = equivalente em água [Kg] ou [g]
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Calorímetro
Recipiente que permite obter, de forma direta ou indireta, o valor das
quantidades de calor trocadas entre os corpos.
Figura 13
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Mudanças de estado Físico
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Mudanças de estado Físico
Figura 20
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Curva de Aquecimento
Figura 19
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Calor Latente
A energia térmica responsável pelas mudanças de estado denomina-se
calor latente.
Q = m . L
Q = quantidade de calor [J] ou [cal]
L = calor latente [cal/g]
m= massa [kg] ou [g]
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Ponto Crítico
A situação-limite entre vapor e gás.
Possui um valor de temperatura (temperatura crítica) e pressão (pressão
crítica).
Acima da temperatura crítica a substância é denominada gás, não
podendo ser liquefeita por simples compressão isotérmica.
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Ponto triplo
O ponto triplo de uma substância é caracterizado por um valor de
pressão e outro de temperatura sob os quais essa substância pode
coexistir em equilíbrio nos estados físicos sólido, líquido e gasoso (vapor)
simultaneamente.
Figura 15
Figura 16
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Tipos de Vaporização
A sobrefusão ou super-resfriamento consiste em resfriar um líquido abaixo
do seu ponto de fusão sem que ele passe para o estado sólido.
Ex.: Cerveja que ao ser tirada do congelador ainda líquida, se congela ao
contato com a mão.
A superebulição ocorre quando a temperatura de um determinado
líquido supera o ponto de ebulição sem modificar o seu estado físico.
Ex.: Aquecimento de líquidos por micro-ondas.
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Pressão Máxima de Vapor
É a pressão exercida por seus vapores quando estes estão em equilíbrio
dinâmico com o líquido
Figura 14
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Dilatação térmica dos sólidos
e dos líquidos
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Dilatação Linear
Figura 21
∆L = L0 . α . ∆T
tg ∅ =∆L
∆T
∆L = L − L0
Figura 22
∆L = dilatação linear [m] ou [cm]
L = comprimento final [m] ou [cm]
L0= comprimento inicial [m] ou [cm]
Α = coeficiente de dilatação linear [oC‒1] ou [K‒1]
∆T= variação de temperatura [oC] ou [K]
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Lamina Bimetálica
Figura 23
como as chapas estão “coladas”, a dilatação provoca o
encurvamento da lâmina, ficando o metal que dilata mais na
face externa (face convexa).
Figura 24
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Dilatação Superficial
Figura 25
β = 2α
Dilatação Superficial ∆A = A0. β . ∆T ∆A = A − A0
∆A = dilatação superficial [m2] ou [cm2]
A = área final [m2] ou [cm2]
A0= área inicial [m2] ou [cm2]
β = coeficiente de dilatação superficial [oC‒1] ou [K‒1]
∆T= variação de temperatura [oC] ou [K]
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Dilatação de Cavidades
Figura 26
A cavidade em um sólido se dilata como se fosse preenchida por um
material idêntico ao do corpo que a contém.
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Dilatação Superficial
Figura 27
𝛾 = 3α
Dilatação Superficial ∆V = V0. γ . ∆T ∆V = V − 𝑉0
∆V = dilatação volumétrica [m3] ou [cm3]
V = volume final [m3] ou [cm3]
V0= volume inicial [m3] ou [cm3]
γ = coeficiente de dilatação volumétrica [oC‒1] ou [K‒1]
∆T = variação de temperatura [oC] ou [K]
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Dilatação Térmica dos Líquidos
Figura 28
Dilatação Volumétrica
𝛾𝑟 = 𝛾𝑓 + 𝛾𝑎 μ =μ0
(1 + γ∆T)
μ = massa especifica final [kg/m3]
μ0= massa especifica inicial [kg/m3]
γ = coeficiente de dilatação volumétrica [oC‒1] ou [K‒1]
∆T = variação de temperatura [oC] ou [K]
𝛾𝑟= coeficiente de dilatação volumétrica real [oC‒1] ou [K‒1]
𝛾𝑓 = coeficiente do frasco [oC‒1] ou [K‒1]
𝛾𝑎 = coeficiente de dilatação volumétrica aparente [oC‒1] ou [K‒1]
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Comportamento Anômalo da água
De 0 ºC a 4 ºC, a água se contrai ao ser aquecida, ao invés de se dilatar.
Entre 0ºC e 4ºC a densidade da água aumenta, pois seu volume diminui
(a densidade máxima ocorre em 4ºC, onde o seu volume é o menor
possível);
Figura 17
Figura 18
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Observação
Em geral gases se dilatam mais que os líquidos e estes mais que os
sólidos.
𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 > 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑠 > 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
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Obrigado
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Referências
Figura 1: https://aminoapps.com/c/caf/page/blog/sobre-a-
termologia/kez8_eVSGupKDRKxeobdwK8bKNWnGZvYj4
Figura 2: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 3: https://www.estudopratico.com.br/temperatura-escalas-termometricas/
Figura 4: https://slideplayer.com.br/slide/2896940/
Figura 5: https://www.youtube.com/watch?v=_LH67z8xbCE
Figura 6: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/conducao-termica-1.htm
Figura 7: http://bombeiroswaldo.blogspot.com/2012/09/transferencia-de-calor-e-
termodinamica.html
Figura 8: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-fourier.htm
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Referências
Figura 9: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
Figura 10: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
Figura 11: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
Figura 12: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 13: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 14: https://alunosonline.uol.com.br/quimica/pressao-maxima-vapor.html
Figura 15: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 16: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 17: http://propg.ufabc.edu.br/mnpef-sites/leis-de-conservacao/a-agua-e-seu-
comportamento-anomalo/
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Referências
Figura 18: http://propg.ufabc.edu.br/mnpef-sites/leis-de-conservacao/a-agua-e-seu-
comportamento-anomalo/
Figura 19: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
Figura 20: https://www.soq.com.br/conteudos/em/introducao/p3.php
Figura 21: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm
Figura 22: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 23: https://docente.ifrn.edu.br/edsonjose/disciplinas/termologia-aplicada-a-
tecnologia-de-alimentos/lista-de-exercicios-3
Figura 24: http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/temp1.htm
Figura 25: https://www.estudopratico.com.br/dilatacao-dos-solidos-linear-superficial-e-volumetrica/
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Referências
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Figura 27: https://descomplica.com.br/blog/fisica/resumo-dilatacao/
Figura 28: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.