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Termologia

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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

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

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• 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

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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

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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?

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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.

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ESCALAS

• CELSIUS

• FAHRENHEIT

• KELVIN (ABSOLUTA)

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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

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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

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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

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DILATAÇÃO TÉRMICA

COMO FUNCIONA UM TERMÔMETRO?COMO FUNCIONA UM TERMÔMETRO?

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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OBSERVAÇÕES:

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

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

UNIDADE: °C-1

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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

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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

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

ESTOURA DENTRO DO ESTOURA DENTRO DO CONGELADOR?CONGELADOR?

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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?

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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)

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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.

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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

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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.

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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)

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MUNDANÇAS DE FASE (CALOR LATENTE)

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

SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO

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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

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Diagrama de fase

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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

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PROPAGAÇÃO DO CALOR

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

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BRISAS LITORÂNEAS

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EFEITO ESTUFA

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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.

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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.

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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

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UNIDADE

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

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

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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

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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.

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• 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

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• Eletrização por indução:

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(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.

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ELETROSCÓPIOS

• Eletroscópio de Pêndulo:

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• Eletroscópio de Folhas:

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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.

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LEI DE COULOMB

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

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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.

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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