apostila 2ano

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<p>1</p><p>:________________________________________</p><p>Profª Fabiana Heirich Dauhs</p><p>www.professorafabianadauhs.blogspot.com</p><p>Termologia (termo = calor, logia = estudo) é a parte da</p><p>Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre</p><p>a matéria. A Termologia é um ramo da Física que estuda</p><p>os fenômenos térmicos como calor, temperatura,</p><p>dilatação, energia térmica, estudo térmico dos gases etc.</p><p>Temperatura: temperatura de um corpo é a propriedade</p><p>que está relacionada com o fato de o corpo estar mais</p><p>quente ou mais frio. As partículas constituintes dos</p><p>corpos estão em contínuo movimento. Entende-se</p><p>temperatura como sendo uma grandeza que mede a</p><p>maior ou menor intensidade dessa agitação térmica.</p><p>Equilíbrio térmico: dois (ou mais) corpos, colocados</p><p>em contato e isolados de influências externas, tendem</p><p>para um estado final, denominado estado de equilíbrio</p><p>térmico, que é caracterizado por uma uniformidade na</p><p>temperatura dos corpos.</p><p>Termômetros</p><p>Termômetro é todo instrumento capaz de medir a</p><p>temperatura dos sistemas físicos. Os tipos mais comuns</p><p>de termômetros e o que utilizaremos para compreensão</p><p>dos conceitos são os que se baseiam na dilatação do</p><p>mercúrio.</p><p>Para ter o valor indicado é necessário ter escalas</p><p>numéricas no Capilar, para isto ocorrer os termômetros é</p><p>baseado em dois pontos de fácil marcação.</p><p>• Ponto do Gelo: temperatura em que ocorre a</p><p>fusão do gelo em água</p><p>• Ponto de vapor: temperatura em que ocorre a</p><p>ebulição da água</p><p>Escalas Termométricas</p><p>Uma escala termométrica corresponde a um conjunto de</p><p>valores numéricos, onde cada um desses valores está</p><p>associado a uma determinada temperatura.</p><p>Existem vários tipos de escalas, das quais as mais</p><p>conhecidas são a escala Celsius, escala Kelvin e escala</p><p>Fahrenheit</p><p>Zero absoluto</p><p>O conceito de zero absoluto, ou zero kelvin corresponde</p><p>à temperatura de -273,15 °C ou -459.67 °F. O zero</p><p>absoluto ocorre quando um corpo não contem energia</p><p>alguma, porém, as leis da termodinâmica mostram que a</p><p>temperatura jamais pode ser exatamente igual a zero</p><p>Kelvin.</p><p>O princípio do zero absoluto garante que nenhum</p><p>sistema tem uma eficiência de 100%, apesar de ser</p><p>possível ser alcançado temperaturas próximas de 0 K e</p><p>que alguns objetos possam ser resfriados a esse ponto.</p><p>2</p><p>Relações Termométrica entre as escalas</p><p>Relação entre a escala Celsius e a Fahrenheit</p><p>Relação entre escala Celsius e Kelvin</p><p>Relação entre escala Fahrenheit e Kelvin</p><p>Para quaisquer que sejam as escalas, a regra utilizada é a</p><p>mesma, basta saber os valores dos pontos fixos.</p><p>Para variações de temperaturas, usam-se as equações</p><p>Na escala Kelvin não usa-se o grau. Lê-se apenas</p><p>Kelvin.</p><p>Exercício Resolvido</p><p>1)Transforme a temperatura de 25ºC na escala fahrenheit</p><p>(ºF)</p><p>Resolução</p><p>1º- Desenha as escalas com os valores dos pontos fixos</p><p>2º Estabelece a relação procurando deixar a temperatura</p><p>a ser descoberta do lado esquerdo da equação</p><p>100</p><p>25</p><p>180</p><p>32</p><p>=</p><p>−ft</p><p>3º Inicia-se o procedimento de conversão através de</p><p>cálculos simples de equação do 1º grau.</p><p>9255)32( xxt f =−</p><p>2251605 =−ft</p><p>1602255 +=ft</p><p>5</p><p>385</p><p>=t</p><p>tf = 77ºF</p><p>2) Agora transforme a temperatura de 25ºC na escala</p><p>Kelvin (K)</p><p>3)Transforme a temperatura de 393K na escala</p><p>Celsius(ºC)</p><p>4)Sêmen bovino para inseminação artificial é</p><p>conservado em nitrogênio líquido que, à pressão normal</p><p>tem temperatura de 78 K. Calcule essa temperatura em:</p><p>a)graus Celsius (°C);</p><p>Importante: No Sistema Internacional de</p><p>Unidade (S.I) a unidade de medida de</p><p>temperatura é o Kelvin (K)</p><p>3</p><p>b)graus Fahrenheit (°F)</p><p>5) Penélope Charmosa está</p><p>preocupada, pois o Calor pode</p><p>derreter sua maquiagem. Para</p><p>auxiliar seus cuidados</p><p>pessoais Penélope criou uma</p><p>escala que possui ponto de</p><p>vapor igual a 64 oP e ponto de gelo igual a 14 oP.</p><p>Determine a temperatura que na escala Celsius</p><p>corresponde a 100ºP</p><p>6)Uma determinada escala termométrica E marca 10ºE</p><p>para a fusão do gelo, e 150ºE para a ebulição da água.</p><p>Qual o valor nesta escala, da temperatura de 40ºC?</p><p>7) Certa escala M adota para o ponto de congelamento</p><p>da água 20ºM e para a ebulição 520ºM. Nesta escala,</p><p>qual o valor correspondente a 10ºC?</p><p>8) Uma pessoa mediu a temperatura e seu corpo,</p><p>utilizando-se de um termômetro graduado na escala</p><p>Fahrenheit, e encontrou o valor 98,6°F. Essa</p><p>temperatura, na escala Celsius, corresponde a quantos</p><p>graus?</p><p>9) A temperatura de ebulição do nitrogênio, sob pressão</p><p>normal, é 77 K.</p><p>Na escala Celsius, essa temperatura se escreve:</p><p>A( ) -350ºC B( ) -175ºC</p><p>C( ) -100ºC D( ) -196ºC</p><p>E( ) -160ºC</p><p>10)Quando um termômetro graduado na escala Celsius</p><p>sofrer uma variação de 40 graus em sua temperatura,</p><p>qual será a correspondente variação de temperatura para</p><p>um termômetro graduado na escala Fahrenheit?</p><p>1) Em um dia típico de inverno em Nova York os</p><p>termômetros marcavam 14oF. Converta essa temperatura</p><p>para graus Celsius.</p><p>2) Fahrenheit 451 é o título de um filme onde se explica</p><p>que 451oF é a temperatura da chama que destrói</p><p>totalmente um livro. Qual será o título desse livro se</p><p>fosse usada a escala Celsius? Justifique com cálculos.</p><p>3) Ao tomar a temperatura de um paciente, um médico</p><p>só dispunha de um termômetro graduado na escala</p><p>Fahrenheit. Se o paciente estava com febre de 42ºC, a</p><p>leitura feita pelo médico no termômetro por ele utilizado</p><p>foi de :</p><p>4) Uma determinada quantidade de água está a uma</p><p>temperatura de 55oC. Essa temperatura corresponde a</p><p>quantos graus Fahrenheit?</p><p>5) Um turista, ao descer no aeroporto de Nova York, viu</p><p>um termômetro marcando 68 oF . Quanto vale essa</p><p>mesma temperatura em graus Celsius?</p><p>6) Duas pessoas que moram em locais distintos medem a</p><p>temperatura ambiente em um determinado dia e obtêm</p><p>os seguintes valores: 25 oC e 76 oF. Em qual dos locais</p><p>está mais quente?</p><p>7) Um cientista construiu uma escala termométrica, em</p><p>que a temperatura de fusão do gelo era de – 50º e a</p><p>temperatura de ebulição da água 150º. O zero grau dessa</p><p>escala corresponde, em graus Celsius, a:</p><p>A experiência mostra que os sólidos, ao sofrerem</p><p>um aquecimento, se dilatam e, ao serem resfriados, se</p><p>contraem.</p><p>A dilatação ou a contração ocorre em três</p><p>dimensões: comprimento, largura e espessura.</p><p>A essa variação nas dimensões de um sólido causada</p><p>pelo aquecimento ou resfriamento denominamos</p><p>dilatação térmica.</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>•</p><p>• Dilatação linear: É aquela em que</p><p>predomina a variação em uma única</p><p>dimensão, ou seja, o comprimento. Ex:</p><p>dilatação em fios, cabos e barras.</p><p>Para estudarmos a dilatação linear, consideremos uma</p><p>barra de comprimento inicial Li, à temperatura inicial ti.</p><p>Aumentando a temperatura da barra para tf, seu</p><p>comprimento passa a Lf.</p><p>4</p><p>Em que ∆L, é a variação do comprimento ou dilatação</p><p>linear da barra.</p><p>A partir das relações mostradas na figura, podemos</p><p>escrever:</p><p>∆L = Li . α . ∆t</p><p>Em que α é uma constante característica do material</p><p>que constitui a barra, denominada coeficiente de</p><p>dilatação linear. A unidade de α é o 0C – 1</p><p>Exemplo: O comprimento de um fio de alumínio é</p><p>de 40m a 200C. Sabendo que o fio é aquecido até 600C e</p><p>que o coeficiente de dilatação térmica linear do alumínio</p><p>é de 24 . 10 – 6 0C – 1 , determinar:</p><p>a. a dilatação do fio;</p><p>b. o comprimento final do fio.</p><p>Para se calcular a dilatação térmica, ou outra</p><p>grandeza envolvida no processo, deverá ter todas as</p><p>unidades de medidas no Sistema Internacional (S.I).</p><p>Dilatação Superficial :</p><p>Dilatação Volumétrica :</p><p>1)Uma barra de latão possui um comprimento de 90m a</p><p>10ºC.</p><p>lei da Termodinâmica descreve</p><p>aquilo que não pode ocorrer de forma espontânea. Em</p><p>outras palavras é uma lei limitante. Enquanto a primeira</p><p>lei da termodinâmica é regida pelo princípio de</p><p>conservação de energia e pode ser aplicada a processos</p><p>reversíveis ou não, em qualquer um dos sentidos desses</p><p>processos, a segunda lei restringe as ocorrências,</p><p>apontando os limites da Natureza.</p><p>Vejamos algumas maneiras de enunciar a2ª lei</p><p>da Termodinâmica</p><p>O fluxo de calor entre dois corpos não ocorre de forma</p><p>espontânea daquele que está em temperatura menos para</p><p>o que está em temperatura maior, da mesma maneira que</p><p>os pedaços de um copo de vidro quebrado não se reúnem</p><p>espontaneamente, ou os componentes misturados nos</p><p>sucos não se separam sem a intervenção de um agente</p><p>externo.</p><p>Rudolf Clausius (1822– 1888), professor</p><p>Universitário e físico alemão (nascido em uma cidade</p><p>hoje pertencente à Polônia), enunciou a segunda Lei da</p><p>Termodinâmica de outra maneira, mais voltada aos</p><p>funcionamento das máquinas.</p><p>William Thompson, mais conhecido como Lord</p><p>Kelvin (1824-1907), e Max Planck (1848-1947)</p><p>propuseram outro enunciado da 2ª Lei:</p><p>Esquema de uma máquina térmica: Qr é o calor recebido da fonte</p><p>quente e Qc é o calor que a máquina cede para a fonte fria.</p><p>Máquinas térmicas, como as locomotivas a carvão e os</p><p>motores de automóveis, são dispositivos que</p><p>transformam calor em trabalho mecânico por meio de</p><p>ciclos. De acordo com a Segunda lei da Termodinâmica,</p><p>não é possível construir máquinas térmicas cujo</p><p>rendimento seja 100%</p><p>Uma vez que é impossível construir uma máquina</p><p>térmica que ao operar em ciclos transforme</p><p>integralmente em trabalho todo o calor que fornece,</p><p>podemos associar a cada máquina térmica uma grandeza</p><p>para medir seu grau de eficiência.</p><p>Essa grandeza, denominada rendimento (η),</p><p>consiste na razão entre o trabalho mecânico realizado</p><p>pela máquina e a quantidade de calor fornecida pela</p><p>fonte:</p><p>Quanto maior o valor de η mais eficiente é a máquina</p><p>térmica, e portanto, menor é a quantidade de calor</p><p>dissipado para o ambiente.</p><p>A máquina térmica realiza trabalho mecânico a</p><p>partir da diferença das quantidades de calor entre a fonte</p><p>quente e fria:</p><p>τ = QR – QC</p><p>Comparando as expressões com aquela que</p><p>descreve o rendimento de uma máquina térmica</p><p>(em concordância com a segunda Lei da</p><p>Termodinâmica), teremos:</p><p>RQ</p><p>τ</p><p>η =</p><p>R</p><p>CR</p><p>Q</p><p>QQ −</p><p>=η</p><p>R</p><p>C</p><p>R</p><p>R</p><p>Q</p><p>Q</p><p>Q</p><p>Q</p><p>−=η</p><p>R</p><p>C</p><p>Q</p><p>Q</p><p>−= 1η</p><p>Essa última expressão indica que o rendimento de</p><p>uma máquina é sempre menor que 1, ou seja,</p><p>sempre menor que 100%.</p><p>Mas qual seria o rendimento máximo de uma</p><p>máquina térmica? Como seria a sequência de</p><p>transformações para que esse rendimento pudesse</p><p>ser atingido? Essas questões nos levam ao estudo do</p><p>Ciclo de Carnot.</p><p>1)Uma máquina térmica retira 200J de uma fonte quente</p><p>e transforma 40J em trabalho mecânico. Calcule o</p><p>rendimento da máquina.</p><p>2)Enuncie o 2º Princípio da Termodinâmica, de acordo</p><p>com:</p><p>O calor não passa de forma espontânea de um corpo</p><p>de menor temperatura, para outro que esteja em</p><p>temperatura mais alta.</p><p>É impossível construir um dispositivo que, operando</p><p>em ciclos, produza como único efeito a transferência</p><p>de calor de um corpo frio para um quente.</p><p>É impossível construir uma máquina térmica que, ao</p><p>operar em ciclos, transforme integralmente em</p><p>trabalho todo o calor que fornece.</p><p>27</p><p>a) Clausius;</p><p>b) Kelvin e Planck</p><p>3)Um motor térmico, em cada ciclo, 500J de uma fonte</p><p>quente e converte 100J em trabalho útil. Determine o</p><p>calor cedido à fonte fria em cada ciclo e o rendimento do</p><p>motor.</p><p>4)Um motor térmico, em cada ciclo, 500J de uma fonte</p><p>quente e converte 100J em trabalho útil. Determine o</p><p>calor cedido à fonte fria em cada ciclo e o rendimento do</p><p>motor.</p><p>5)Qual o trabalho em joule realizado por uma máquina</p><p>térmica que recebe 10000cal de uma fonte quente e</p><p>rejeita 6000 cal para o ambiente?</p><p>a) 1,6.104 b)1,6.105 c)1,4.103 d) 1,4.104 e) 105</p><p>6)Uma máquina térmica recebe da fonte quente 150 cal e</p><p>transfere para a fonte fria 90 cal. Qual será o rendimento</p><p>dessa máquina?</p><p>7)uma máquina térmica recebe 5000J de calor a fonte</p><p>quente e cede 4000J para a fonte fria a cada ciclo.</p><p>Determine o seu rendimento</p><p>8)Uma máquina térmica absorve 6000J de calor de uma</p><p>fonte quente.</p><p>a)Qual seu rendimento se ela cede 4000J à fonte fria a</p><p>cada ciclo?</p><p>b)Qual a quantidade de calor que ela cede à fonte fria se</p><p>seu rendimento è de 10%?</p><p>9) Um motor de combustão interna, em cada ciclo de</p><p>operação, absorve 80 kcal de calor da fonte quente e</p><p>rejeita 60 kcal de calor apara a fonte fria. O rendimento</p><p>dessa maquina è:</p><p>10) Uma máquina retira de uma fonte quente 450J de</p><p>calor e libera para uma fonte fria 130J de calor, qual é o</p><p>valor do trabalho mecânico realizado pela máquina.</p><p>11)Com relação à 2ª Lei da Termodinâmica, pode-se</p><p>afirmar que:</p><p>I – O calor de um corpo com temperatura T1 passa para</p><p>outro corpo com temperatura T2 se T2 > T1.</p><p>II – Uma máquina térmica operando em ciclos pode</p><p>retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente</p><p>em trabalho.</p><p>III – Uma máquina térmica operando em ciclos entre</p><p>duas fontes térmicas, uma quente e outra fria, converte</p><p>parte do calor retirado da fonte quente em trabalho e o</p><p>restante envia para a fonte fria.</p><p>Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s)</p><p>correta(s).</p><p>a)I b)II c)III d)I e II e)I e III</p><p>12)</p><p>13)</p><p>Ciclo de Carnot</p><p>A máquina térmica ideal, com rendimento 100%, era um</p><p>objetivo perseguido pelos cientistas até o início do</p><p>século XIX.</p><p>O engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot</p><p>estudou minuciosamente o processo de transformação de</p><p>calor em trabalho, procurando maior eficiência nas</p><p>máquinas térmicas. Ele então propôs uma máquina</p><p>teórica que, trabalhando entre duas temperaturas fixas,</p><p>uma quente e outra fria, executava uma transformação</p><p>cíclica composta de duas transformações isotérmicas e</p><p>duas adiabáticas, intercaladas e reversíveis.</p><p>Quando um dispositivo opera segundo este ciclo,</p><p>dizemos que ele é uma máquina de Carnot.</p><p>Então o ciclo de Carnot corresponde ao</p><p>rendimento máximo que podemos obter com duas fontes</p><p>térmicas. Este teorema é demonstrado a partir da 2ª Lei</p><p>da Termodinâmica.</p><p>O rendimento de uma máquina de Carnot pode ser</p><p>calculado, teoricamente, tendo sido encontrado pelo</p><p>seguinte resultado:</p><p>Onde T1 e T2 são temperaturas expressas em kelvin.</p><p>Se uma máquina térmica de Carnot operasse</p><p>entre duas fontes quentes tais que T1=800K e T2=200K,</p><p>seu rendimento seria:</p><p>800</p><p>200</p><p>1−=η</p><p>= 1-0,25 = 0,75 ou 75%</p><p>Qualquer máquina térmica operando entre 800K</p><p>e 200K e funcionando com um ciclo diferente deste,</p><p>teria rendimento inferior a 75%.</p><p>Com este conhecimento você pode entender por</p><p>que o zero absoluto representa um limite inferior ara a</p><p>temperatura de um corpo. De fato, se um sistema</p><p>pudesse atingir esta temperatura, ele poderia ser usado</p><p>como fonte</p><p>fria de uma máquina de Carnot. Como T2= 0, o</p><p>rendimento da maquina seria 1 = 100% o que contraria a</p><p>2ª Lei da Termodinâmica. Logo o zero absoluto pode ser</p><p>aproximado indefinidamente, mas não pode ser atingido.</p><p>Exemplo</p><p>Um inventor afirma que inventou uma máquina que</p><p>extrai 25x106 cal de uma fonte à temperatura de 400K e</p><p>rejeita 10x106 cal para uma fonte a 200K, entregando-</p><p>nos um trabalho de 13x106 cal.</p><p>28</p><p>Você investiria dinheiro na fabricação dessa</p><p>máquina?</p><p>Vamos analisar</p><p>τ = Qr – Qc</p><p>τ = 25x106 – 10x106 = 15x106 cal</p><p>A máquina não está contrariando a 1ª Lei da</p><p>Termodinâmica, pois não realiza mais trabalho que o</p><p>calor que absorve. O fato dela nos entregar apenas</p><p>13x106 cal, em vez de 15x106 cal, é perfeitamente</p><p>razoável, pois 2x106 cal podem representar o trabalho</p><p>que a máquina deve realizar contra o atrito. Logo a</p><p>máquina é perfeitamente possível, sob o ponto de vista</p><p>da</p><p>1ª Lei.</p><p>Vejamos agora se é compatível com a 2ª Lei da</p><p>Termodinâmica. O rendimento da máquina é:</p><p>6,0</p><p>1025</p><p>1010</p><p>11</p><p>6</p><p>6</p><p>=−=−=</p><p>x</p><p>x</p><p>Q</p><p>Q</p><p>r</p><p>cη</p><p>ou 60%</p><p>Entretanto, agora, se ela é compatível com a máquina de</p><p>Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas, teria</p><p>um rendimento:</p><p>Ou 50%</p><p>Ora, a suposta máquina tem um rendimento maior que a</p><p>máquina de Carnot. Se você acredita nos princípios</p><p>básicos da Termodinâmica, não seria capaz de acreditar</p><p>no inventor.</p><p>1)”Uma máquina térmica opera de acordo com o Ciclo</p><p>de Carnot entre as temperaturas de 27ºC e 527ºC</p><p>retirando 2x107J de uma fonte quente padrão”.</p><p>a)Qual seu rendimento?</p><p>2) Uma máquina à vapor recebe vapor saturado de uma</p><p>caldeira à temperatura de 200ºC e descarrega Vapor</p><p>expandido à temperatura de 100ºC. Se a máquina</p><p>operasse segundo o ciclo de Carnot, qual seria o</p><p>rendimento máximo em porcentagem dessa máquina?</p><p>3)Sob que condições uma máquina térmica ideal teria</p><p>100% de eficiência?</p><p>4)Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a</p><p>temperatura de sua fonte quente igual a 330°C e fonte</p><p>fria à 10°C. Qual é o rendimento dessa máquina?</p><p>5) O esquema a seguir representa trocas de calor e</p><p>realização de trabalho em uma máquina térmica. Os</p><p>valores de T1 e Q2‚ não foram indicados, mas deverão</p><p>ser calculados durante a solução desta questão.</p><p>Considerando os dados indicados no esquema, se essa</p><p>máquina operasse segundo um ciclo de Carnot,</p><p>determine a temperatura T1 da fonte quente, em Kelvins.</p><p>6) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes</p><p>térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma</p><p>fria em temperatura -73°C. O rendimento desta máquina,</p><p>em percentual, é de:</p><p>a) 10</p><p>b) 25</p><p>c) 35</p><p>d) 50</p><p>e) 60</p><p>7)Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa</p><p>temperatura está a 7,0°C apresenta um rendimento</p><p>de 30%. A variação de temperatura, em Kelvin, da fonte</p><p>quente a fim de aumentarmos seu rendimento para</p><p>50%, será de:</p><p>a) 400</p><p>b) 280</p><p>c) 160</p><p>d) 560</p><p>5,0</p><p>400</p><p>200</p><p>11</p><p>1</p><p>2 =−=−=</p><p>T</p><p>T</p><p>η</p><p>Determine a dilatação linear e o comprimento</p><p>final da barra quando aquecida a 60ºC, sabendo que o</p><p>coeficiente linear da barra é 18x10-6ºC-1</p><p>2) Uma barra de cobre com um coeficiente angular de</p><p>17x10-6ºC-1 De 200cm de comprimento a 0ºC e aquecida</p><p>a 100ºC. Determine a dilatação linear e o comprimento</p><p>final da barra.</p><p>3)Uma barra de ouro a 0ºC e comprimento de 100cm,</p><p>tem seu comprimento aumentado quando a temperatura</p><p>passa a 50ºC. Determine o valor do comprimento que a</p><p>barra passa ter sabendo que o coeficiente de dilatação</p><p>linear é 15x10-6ºC-1</p><p>4) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno</p><p>importante em diversas aplicações de engenharia, como</p><p>construções de pontes, prédios e estradas de ferro.</p><p>Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo</p><p>coeficiente de dilatação é α = 11 . 10-6 °C-1. Se a 10°C o</p><p>comprimento de um trilho é de 30m, de quanto</p><p>aumentaria o seu comprimento se a temperatura</p><p>aumentasse para 40°C?</p><p>5)Certa barra metálica dilata 0,5mm quando sujeita a</p><p>uma variação de 300ºC em sua temperatura. Quantos</p><p>milímetros ela deverá dilatar se for exposta a uma</p><p>variação de 600ºC.</p><p>6) Um fio de cobre de 10m dilata 0,2mm quando sujeita</p><p>a certa variação de temperatura. Se outro fio do mesmo</p><p>cobre, mas de 30m, sofrer a mesma variação de</p><p>temperatura, qual será sua dilatação?</p><p>7)A figura representa a variação do comprimento de</p><p>uma determinada barra homogênea. Determine valor do</p><p>coeficiente de dilatação linear do material de que é</p><p>constituída a barra.</p><p>TSS ∆=∆ ..0 β αβ .2=</p><p>TVV ∆=∆ ..0 γ αγ .3=</p><p>5</p><p>8)Uma barra de cobre, cujo coeficiente de dilatação</p><p>linear é 17x10-6°C-1,tem comprimento de 200,0 cm à</p><p>temperatura de 50°C. Calcule o comprimento dessa</p><p>barra à temperatura de 450°C</p><p>9)Uma chapa de zinco, de forma retangular, tem 60cm</p><p>de comprimento e 40 cm de largura à temperatura de</p><p>20ºC. Supondo que a chapa foi aquecida até 120ºC e que</p><p>o coeficiente de dilatação linear é 25.10-6ºC-1 , calcule:</p><p>a)a dilatação do comprimento da chapa</p><p>b)A dilatação na largura da chapa</p><p>10)Considere a chapa do exercícios anterior.</p><p>a)Qual é o valor do coeficiente de dilatação superficial?</p><p>b)qual o aumento da área da chapa usando o valor de β</p><p>obtido?</p><p>1)Quando a gasolina é mais cara: no verão ou no</p><p>inverno? Justifique do ponto de vista físico.</p><p>2)Uma lâmina de ferro tem dimensões 10m x 15m em</p><p>temperatura normal. Ao ser aquecida 500ºC, qual será a</p><p>área desta superfície? (Dado αFe=13.10-6 ºC-1</p><p>).</p><p>3) Um trilho de aço, cujo coeficiente de dilatação linear</p><p>é 11.10-6 oC-1, tem comprimento de 10m à temperatura de</p><p>10oC. Calcule o seu comprimento a 60oC .</p><p>4) Qual o aumento de comprimento que sofre uma</p><p>extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0o</p><p>C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação</p><p>linear do ferro é 12.10-6 oC-1 ?</p><p>5) Um cano de cobre de 4 m a 20o C é aquecido até 80o</p><p>C. Dado do cobre igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto</p><p>aumentou o comprimento do cano?</p><p>6) O comprimento de um trilho de aço a 10oC é 100m.</p><p>Qual o acréscimo de comprimento desse trilho quando</p><p>sua temperatura chega a 30oC? (Dado: coeficiente de</p><p>dilatação linear do aço: αaço = 1,1.10-5 oC-1)</p><p>7)Uma placa retangular de alumínio tem área de 20cm2 a</p><p>0ºC. Sabendo que o coeficiente de dilatação superficial</p><p>do alumínio é 96.10-6 ºC-1, qual é a variação da área se a</p><p>placa atingir 1000ºC?</p><p>a)0,192 cm2 b) 2,92 cm2 c) 0,0192 cm2</p><p>d) 19,2 cm2 e) 1,92cm2</p><p>8(UFU-MG) Um orifício numa panela de ferro, a 0ºC,</p><p>tem 5cm2 de área. Sendo o coeficiente de dilatação linear</p><p>do ferro 1,2.10-5 ºC-1, qual a área do orifício a 300ºC.</p><p>9)Uma peça de zinco é constituída a partir de uma chapa</p><p>de zinco com lados 30cm, da qual foi retirado um</p><p>pedaço de área 500cm². Elevando-se de 50°C a</p><p>temperatura da peça restante, qual será sua área final em</p><p>centímetros quadrados? (Dado αZi=2,5.10-5 ºC-1</p><p>).</p><p>10)Em um dado ponto da superfície lunar, a ausência de</p><p>atmosfera permite oscilações térmicas com uma variação</p><p>de temperatura entre o dia e a noite de 1000ºC. Uma</p><p>barra de 1m de comprimento de certo metal é deixada</p><p>por astronautas nesse local. Determine a variação de</p><p>comprimento dessa barra, entre o dia e a noite. Dados do</p><p>coeficiente de dilatação linear deste metal: α=24.10-6ºC-1</p><p>11)Um paralelepípedo de uma liga de alumínio</p><p>(αAl=2.10-5 ºC-1) tem arestas que, à 0°C, medem 5cm,</p><p>40cm e 30cm. De quanto aumenta seu volume ao ser</p><p>aquecido à temperatura de 100°C?</p><p>Livro Didático</p><p>Página 109– Elabore em casa</p><p>Exercício: 1</p><p>Página 111—Elabore as resoluções</p><p>Exercícios: 3 e 4</p><p>Página 112– Elabore em casa</p><p>Exercício 1</p><p>Página116– Elabore as resoluções</p><p>Exercício 2, 3 e 6</p><p>Calor</p><p>Quando colocamos dois corpos com temperaturas</p><p>diferentes em contato, podemos observar que a</p><p>temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do</p><p>corpo "mais frio" aumenta até o momento em que ambos</p><p>os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é</p><p>causada pela passagem de energia térmica do corpo</p><p>"mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência</p><p>de energia é o que chamamos calor.</p><p>Calor é a transferência de energia térmica entre</p><p>corpos com temperaturas diferentes.</p><p>A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal),</p><p>embora sua unidade no SI seja o joule (J).</p><p>Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária</p><p>para aumentar a temperatura de um grama de água pura,</p><p>sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C.</p><p>A relação entre a caloria e o joule é dada por:</p><p>1 cal = 4,186J</p><p>6</p><p>Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as</p><p>unidades usando regra de três simples.</p><p>Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos</p><p>muito o seu múltiplo, a quilocaloria.</p><p>1 kcal = 1.10³cal= 1000 cal</p><p>É denominado calor sensível, a quantidade de calor que</p><p>tem como efeito apenas a alteração da temperatura de</p><p>um corpo.</p><p>Este fenômeno é regido pela lei física conhecida</p><p>como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz</p><p>que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto</p><p>de sua massa, da variação da temperatura e de uma</p><p>constante de proporcionalidade dependente da natureza</p><p>de cada corpo denominada calor específico.</p><p>Assim:</p><p>TcmQ ∆= ..</p><p>Onde:</p><p>Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).</p><p>c = calor específico da substância que constitui o corpo</p><p>(cal/g°C ou J/kg°C).</p><p>m= massa da substância (g ou kg)</p><p>Observação Importante</p><p>Se um corpo absorver/ganhar calor:</p><p>∆T ( + ) � Q ( + )</p><p>Se um corpo perder/ceder calor:</p><p>∆T ( -) � Q ( - )</p><p>É a quantidade de calor que um corpo necessita</p><p>receber ou ceder para que sua temperatura varie</p><p>uma unidade.</p><p>Então, pode-se expressar esta relação por:</p><p>Sua unidade usual é cal/°C.</p><p>1)Qual a quantidade de calor sensível necessária</p><p>para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C</p><p>para 200°C?</p><p>Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C</p><p>Dados:</p><p>m= 2 kg = 2000g c = 0,119cal/g°C</p><p>∆T = T –T0 = 200 – 20 =180ºC</p><p>Resolução</p><p>1) Transforme 105 cal em Joule</p><p>2) Transforme 84 J em cal</p><p>3)Para derreter uma barra de um material w de 1kg</p><p>é necessário aquecê-lo até a temperatura de 1000°C.</p><p>Sendo a temperatura do ambiente no momento</p><p>analisado 20°C e o calor específico de w é</p><p>c=4,3J/kg.°C, qual a quantidade de calor necessária</p><p>para derreter a barra?</p><p>4)Qual é a quantidade de energia que devemos usar</p><p>para aquecer 100 g de água de 15ºC para 45ºC?</p><p>calor específico sensível da água = 1,0 cal/gºC</p><p>5)Um líquido inicialmente a 20ºC recebeu</p><p>8 kcal até atingir 60ºC. Sabendo que a massa do</p><p>líquido é de 400 g determine o seu calor específico.</p><p>6)Aqueceu-se m g de água de 25ºC para 75ºC. Para</p><p>isto, foram gastos 8400 Joules. Qual é o valor de m,</p><p>sabendo que o calor específico sensível da água é</p><p>de 1,0 cal/gºC?</p><p>7)O calor específico de uma substância é 0,5</p><p>cal/g.ºC. Se a temperatura de 4 g dessa substância</p><p>se eleva de 10 ºC, pode-se</p><p>afirmar que ela absorveu</p><p>uma quantidade de calor, em calorias, de:</p><p>8) Cedem-se 684 cal a 0,2kg de ferro que estão a</p><p>uma temperatura de 100 ºC. Sabendo que o calor</p><p>específico do ferro vale 0,114 cal/g.ºC, concluímos</p><p>que a temperatura final do ferro será:</p><p>Quantidade de Calor Sensível</p><p>Capacidade Térmica</p><p>Exercício Resolvido</p><p>7</p><p>1)É preciso abaixar de 3oC a temperatura da água do</p><p>caldeirão, para que a nossa amiga possa tomar banho</p><p>confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor</p><p>deve ser retirado da água? A banheira contém 104g de</p><p>água e o calor específico da água é 1 cal/goC.</p><p>2)O calor específico de certa areia seca vale 0,20</p><p>cal/goC. Com essa informação, determine:</p><p>a)o recebimento de calor para que 20g dessa areia</p><p>sofram elevação de 10oC</p><p>b)a quantidade de calor liberada ao sofrer abaixamento</p><p>de 2oC em sua temperatura</p><p>3)Um corpo de massa 2kg é constituído por uma</p><p>substância cujo calor específico vale 0,4 cal/g.oC.</p><p>Determine a quantidade de calor que este corpo deve</p><p>receber para aumentar a sua temperatura de 5oC para</p><p>35oC dando a resposta em quilocalorias.</p><p>4)Um bloco cujo calor específico é igual a 0,5 cal/g.oC e</p><p>massa 1 kg sofre uma variação de temperatura de 100K.</p><p>Determine a quantidade de calor por ele recebida em</p><p>quilocalorias.</p><p>5)Um objeto de massa 100g recebe 91 cal de energia e</p><p>sua temperatura sobre de 20oC para 30oC. Qual o calor</p><p>específico da substância que o constitui? Qual é essa</p><p>substância?</p><p>6)Uma panela de ferro, de massa 1,0 kg, vazia, tem sua</p><p>temperatura elevada de 50 oC quando colocada na chama</p><p>de um fogão durante determinado tempo.</p><p>a)determine a quantidade de calor absorvida por essa</p><p>panela em joules e em calorias.</p><p>DADOS : calores específicos</p><p>Ferro:cf =460 J/kg.oC ou cf =0,11 cal/g.oC ;</p><p>7) Um bloco de madeira, de massa 0,40 kg, sofre um</p><p>acréscimo de 25 oC em sua temperatura quando absorve</p><p>1800J de calor. Qual o calor específico dessa espécie de</p><p>madeira?</p><p>8)Um calorímetro sofre uma variação de temperatura de</p><p>40K quando absorve a quantidade de calor de 600J.</p><p>Determine</p><p>a)a capacidade calorífica desse calorímetro;</p><p>9)Um corpo absorveu 500cal para aumentar sua</p><p>temperatura de 20oC para 40 oC. Determine a capacidade</p><p>térmica do corpo.</p><p>A troca de calor acontece quando dois ou mais corpos</p><p>com temperaturas diferentes são colocados em contato</p><p>em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de</p><p>certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.</p><p>O sistema isolado referido acima é mais</p><p>conhecido como calorímetro. Um sistema fechado que</p><p>impossibilita a troca de calor do sistema com o meio.</p><p>As trocas de calor acontecem porque o calor é</p><p>um tipo de energia que transita entre os corpos,</p><p>ocasionando esse movimento, fato que acontece até que</p><p>haja o equilíbrio térmico entre ambos. Esse processo</p><p>acontece porque os corpos sentem a necessidade de</p><p>ceder e receber calor.</p><p>Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q</p><p>das</p><p>moléculas.</p><p>Como você sabe, vaporização é o nome que se dá para a</p><p>mudança de estado líquido para gasoso.</p><p>Essa mudança pode receber, conforme a maneira</p><p>segundo a qual ela se processa, três denominações</p><p>particulares: evaporação, ebulição e calefação.</p><p>Mudança de Estado de</p><p>agregação da matéria</p><p>Fases da Matéria Mudança de Fase</p><p>Vaporização</p><p>Evaporação: Ocorre a qualquer</p><p>temperatura, sendo uma</p><p>mudança lenta e sem formação</p><p>de bolhas</p><p>Ebulição: Ocorre a uma</p><p>temperatura determinada,</p><p>com a agitação do líquido e</p><p>formação de bolhas</p><p>Calefação: Ocorre quando</p><p>uma pequena porção líquida</p><p>se aproxima de uma</p><p>superfície superaquecida</p><p>10</p><p>Questões do trabalho</p><p>1)Como chama-se a forma de vaporização que ocorre a</p><p>uma determinada temperatura, com a agitação da massa</p><p>líquida e intensa formação de bolhas?</p><p>2)Em idênticas condições, a água:</p><p>(a)se evapora mais rapidamente em Curitiba do que em</p><p>Paranaguá.</p><p>(b)Se evapora mais rapidamente em Paranaguá do que</p><p>em Curitiba</p><p>(c)tem maior ponto de ebulição em Curitiba do que em</p><p>Paranaguá</p><p>3)Quando se passa álcool no braço, sente-se uma</p><p>sensação de frio no local, porque o álcool, ao se</p><p>evaporar, absorve o calor da pele.</p><p>A)As duas afirmativas são verdadeiras e a segunda é</p><p>uma explicação correta da primeira.</p><p>B)As duas afirmativas são verdadeiras mas a segunda</p><p>não é uma explicação correta da primeira.</p><p>C) A primeira é verdadeira e a segunda é falsa.</p><p>D)As duas são falsas.</p><p>4)Ao soprarmos sobre a superfície de um líquido quente,</p><p>este esfria mais rápido. Por que?</p><p>É importante saber que existem dois “tipos” de calor.</p><p>1. Calor Sensível e</p><p>2. Calor Latente</p><p>No final das contas o que você precisa lembrar é que</p><p>Calor sensível tem a ver com mudanças na</p><p>temperatura dos corpos e calor latente com mudanças</p><p>de fase (ou estado físico).</p><p>Para calor sensível, já estudamos e verificamos que é</p><p>preciso ter uma variação na temperatura. Também</p><p>precisamos saber a massa e o tipo de material envolvido</p><p>no fenômeno.</p><p>O calor latente é a quantidade de calor onde não</p><p>há mudança na temperatura, ou seja, no momento onde</p><p>está havendo a mudança de estado físico da substância</p><p>envolvida.</p><p>A substância continua a receber a energia</p><p>térmica (calor) para a reorganização de suas moléculas.</p><p>A temperatura só volta a mudar quando o corpo todo</p><p>tiver mudado de fase.</p><p>A quantidade de calor necessária para</p><p>transformar a fase de um corpo de massa m é dada por:</p><p>A constante L é característica da substância e</p><p>denominada calor latente.</p><p>A transformação de fase inversa requer a mesma</p><p>quantidade de calor, porém o sinal será contrário.</p><p>Trabalho</p><p>Data:___/___/___ valor:____</p><p>�Relatar em manuscrito informações</p><p>sobre as três denominações</p><p>particulares da vaporização</p><p>�E com as informações copiar e</p><p>responder as questões.</p><p>Critérios de busca</p><p>Abordar características importantes de</p><p>cada denominação.</p><p>Falar sobre os fatores que influenciam a</p><p>velocidade de evaporação, e a</p><p>influência da pressão na temperatura de</p><p>fusão</p><p>Quantidade de Calor Latente</p><p>LmQ .=</p><p>Calor específico Sensível da água</p><p>c = 1 cal/gºC</p><p>Calor específico Sensível do gelo e</p><p>vapor</p><p>C = 0,5 cal/gºC</p><p>Calor específico latente de fusão da água</p><p>L = 80 cal/g</p><p>Calor específico latente de vaporização</p><p>da água</p><p>L = 540 cal/g</p><p>11</p><p>2)Dado o gráfico de TxQ de uma dada substância,</p><p>calcule</p><p>Dado m = 10g</p><p>)o calor específico da substância na fase sólida;</p><p>b)a capacidade térmica de um corpo na fase sólida</p><p>c) o calor latente de fusão;</p><p>d)o calor específico da substância na fase líquida;</p><p>e)a capacidade térmica do corpo na fase líquida;</p><p>f) o calor latente de vaporização;</p><p>g)o calor específico de vaporização.</p><p>3)Têm-se 500g de gelo à -20ºC. Determine a quantidade</p><p>de calor que o mesmo deverá receber para transformar-</p><p>se em 500g de água líquida a 80ºC.</p><p>4)Qual a quantidade de calor necessária para elevar de</p><p>-50ºC até -10ºC a temperatura de 20g de gelo?</p><p>(Dado: calor específico do gelo = 0,5 cal/gºC)</p><p>5) Um bloco de gelo com massa 8 kg está a uma</p><p>temperatura de -20oC, sob pressão normal.</p><p>Dados: Lf=80cal/g, LV= 540 cal/g, cgelo=0,5 cal/goC ,</p><p>cágua=1 cal/goC.</p><p>Qual a quantidade de calor necessária para transformar</p><p>totalmente esse bloco de gelo em água à temperatura de</p><p>30oC.</p><p>1)Determine a quantidade de calor necessária para que</p><p>uma amostra de 100g de gelo à –15ºC transforme-se em</p><p>água à 25ºC.</p><p>2)Um bloco de gelo de massa 600g encontra-se a 0ºC.</p><p>Determinar a quantidade de calor que se deve fornecer a</p><p>essa massa para que ela se transforme totalmente em</p><p>água a 0ºC.</p><p>3)Um bloco de alumínio de 500g está a uma temperatura</p><p>de 80ºC. Determinar a massa de gelo a 0ºC que é preciso</p><p>colocar em contato com o alumínio para se obter um</p><p>sistema alumínio-água a 0ºC.</p><p>Exercício Resolvido</p><p>1)Uma amostra de gelo, de 0,2kg, está à -20ºC à</p><p>pressão atmosférica normal.</p><p>a) Determine a quantidade de calor necessária</p><p>para transformar essa amostra de gelo em vapor a</p><p>120ºC</p><p>sabendo-se que:</p><p>O calor específico do gelo: 0,5cal/gºC</p><p>O calor específico da água: 1 cal/gºC</p><p>O calor específico do vapor: 0,5cal/gºC</p><p>O calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g</p><p>O calor latente de vaporização da água: 540cal/g</p><p>Resolução</p><p>Para transformar a massa de gelo de -20ºC em</p><p>vapor a 120ºC, há cinco etapas, para as quais</p><p>devemos calcular a quantidade de calor</p><p>necessária com a expressão correspondente.</p><p>Q1 = m.c.∆T</p><p>Q1 =200.0,5.[0-(-20)]</p><p>Q1 = 2000 cal</p><p>Q2 = m.L</p><p>Q2 = 200.80</p><p>Q2 = 16000 cal</p><p>Q3 = m.c.∆T</p><p>Q3 =200.1.[100-0]</p><p>Q3 = 20000 cal</p><p>Q4 = m.L</p><p>Q4 = 200.540</p><p>Q4 = 108000 cal</p><p>Q5 = m.c.∆T</p><p>Q5 =200.0,5.[120-100]</p><p>Q5 = 2000 cal</p><p>Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5</p><p>Qtotal = 2000 + 16000 + 20000</p><p>+108000+2000</p><p>Qtotal = 148000 cal Qtotal = 148 kcal</p><p>Lembre-se</p><p>1Kcal = 1000cal</p><p>12</p><p>Dado: calumínio=0,21 cal/gºC Lfusão do gelo= 80 cal/g.</p><p>4)</p><p>Determine o valor da massa m.</p><p>5)</p><p>6)</p><p>7)O gráfico a seguir representa a temperatura de uma</p><p>substância, inicialmente no estado sólido, em função da</p><p>quantidade de calor recebida. A massa da substância é</p><p>de 50 gramas.</p><p>8)Analise a curva de aquecimento referente a 10g de</p><p>determinada substância para resolver as questões que</p><p>seguem:</p><p>a) Determine em cada trecho a quantidade de calor</p><p>trocada e indique o tipo de calor associado.</p><p>Q1 = 80 cal = quantidade de calor sensível______</p><p>Q2 =_________ = quantidade de calor _____________</p><p>Q3 = _________ = quantidade de calor _____________</p><p>Q4 = _________ = quantidade de calor _____________</p><p>Q5 = _________ = quantidade de calor _____________</p><p>b)Determine o calor específico c ou o latente L em cada</p><p>um dos trechos 1, 2, 3, 4 e 5</p><p>13</p><p>O calor é uma forma de energia que flui de um</p><p>corpo para outro de acordo com suas temperaturas.</p><p>A transmissão do calor pode ocorrer através de três</p><p>processos: condução, convecção e irradiação.</p><p>Condução</p><p>A condução como forma de transmissão do calor ocorre</p><p>devido ao aumento da vibração das partículas</p><p>constituintes de um corpo sem que as mesmas alterem as</p><p>suas posições médias.</p><p>Convecção</p><p>A convecção é o processo no qual há o</p><p>movimento das partículas do material consideradas, em</p><p>geral, um gás ou um líquido. Por exemplo, quando</p><p>aquecemos água em uma panela a parte da água próxima</p><p>à superfície em contato com a chama aquece, e passa a</p><p>ter uma densidade menor (aumento de volume)</p><p>e troca</p><p>de posição, através das correntes de convecção, com as</p><p>mais frias, que estão na parte de cima, e que são mais</p><p>densas.</p><p>Os ventos são correntes de convecção existentes na</p><p>atmosfera.</p><p>Aplicações práticas</p><p>Devido ao fenômeno de convecções observa-se que:</p><p>• Os aquecedores elétricos são colocados no</p><p>chão e não junto ao teto;</p><p>• Os congeladores das geladeiras mais antigas</p><p>eram são situados na parte superior.</p><p>• Para se esfriar o chopp de um barril, o gelo é</p><p>posto em cima do barril.</p><p>Questionário</p><p>1)No interior de uma geladeira antiga, formam-se</p><p>correntes de convecção. O congelador de uma geladeira</p><p>é colocado na parte superior dela para garantir a</p><p>formação destas correntes</p><p>( )certa ( )errada</p><p>2)A convecção se verifica nos líquidos e nos gases,</p><p>nunca nos sólidos</p><p>( )certa ( )errada</p><p>3)Um aquecedor de ambiente deve ficar o mais próximo</p><p>possível do teto.</p><p>( )certa ( )errada</p><p>Irradiação Térmica</p><p>A irradiação é um processo no qual o calor se</p><p>propaga sem a necessidade de um meio material. Por</p><p>exemplo, a principal fonte de calor para a vida no nosso</p><p>planeta provém do Sol, a radiação emitida pelo mesmo</p><p>se propaga no espaço vazio até nos atingir. Sabemos que</p><p>todos os corpos irradiam energia, sendo que esta</p><p>depende da temperatura do corpo.</p><p>A irradiação consiste na transmissão de calor</p><p>através de ondas eletromagnéticas, que pode se propagar</p><p>em meios materiais e também no vácuo.</p><p>Para entender esse processo, é conveniente saber o que é</p><p>um espectro eletromagnético.</p><p>Espectro eletromagnético é o conjunto das</p><p>radiações dispostas em ordem crescente de freqüências</p><p>(ou decrescentes de comprimento de ondas).</p><p>Transmissão de Calor</p><p>A transferência de calor é feita de molécula a molécula</p><p>(ou átomo a átomo), se que haja transporte de matéria de</p><p>uma região para outra. È a energia (calor) que se propaga.</p><p>Essa forma de transmissão de calor é</p><p>característica dos corpos sólidos, embora possa ocorrer</p><p>em outros meios.</p><p>Uma característica dos materiais é que eles podem ser</p><p>maus ou bons condutores de calor, e o que determina essa</p><p>característica é o coeficiente de condutibilidade térmica.</p><p>Quanto maior for a condutibilidade do material, melhor</p><p>condutor será, e vice-versa.</p><p>Lembre-se</p><p>a condutibilidade térmica caracteriza a maior ou</p><p>menor facilidade de transferência de calor, ou</p><p>seja, de condução de calor por parte dos</p><p>materiais.</p><p>Questionário</p><p>1) A condução do calor é característica das substâncias</p><p>( ) sólidas ( )líquidas ( )gasosas</p><p>2)A temperatura média do corpo humano é 365ºC,</p><p>enquanto que a ambiente é geralmente inferior.</p><p>Consequentemente, há uma contínua transmissão de</p><p>calor de nosso corpo para o ambiente.</p><p>( )certa ( )errada</p><p>3)Nos dias frios, uma ave eriça suas penas de modo a</p><p>manter entre elas, camadas de ar, que, quando em</p><p>repouso, são um excelente isolante térmico.</p><p>( )certa ( )errada</p><p>4)Sejam um piso de madeira e um piso de cerâmica. Ao</p><p>pisar cada um dos pés em um piso ao mesmo tempo,</p><p>verificamos que a cerâmica é mais " fria", isso ocorre</p><p>pelo fato da cerâmica estar com temperatura mais baixa</p><p>que o piso de madeira.</p><p>( )certa ( )errada</p><p>14</p><p>1)Um grupo de amigos compra barras de gelo para um</p><p>churrasco, num dia de calor. Como as barras chegam</p><p>com algumas horas de antecedência, alguém sugere que</p><p>sejam envolvidas num grosso cobertor para evitar que</p><p>derretam demais. Essa sugestão:</p><p>a) é absurda, porque o cobertor vai aquecer o gelo,</p><p>derretendo-o ainda mais depressa.</p><p>b) é absurda, porque o cobertor facilita a troca de calor</p><p>entre o ambiente e o gelo, fazendo com que ele derreta</p><p>ainda mais depressa.</p><p>c) faz sentido, porque o cobertor facilita a troca de calor</p><p>entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento.</p><p>d) faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de</p><p>calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu</p><p>derretimento.</p><p>2)Num dia de verão ao descongelar o freezer, uma dona</p><p>de casa deseja manter os alimentos congelados. Para</p><p>isso, é mais conveniente:</p><p>a)Deixá-los ao ar livre</p><p>b)Envolvê-los em papel alumínio</p><p>c)Colocá-los no interior de uma panela escura</p><p>d)Envolvê-lo num cobertor de lã</p><p>e)Colocá-los dentro de um recipiente com água na</p><p>temperatura ambiente.</p><p>3)O calor se propaga por convecção no (na):</p><p>a)água b)vácuo c)chumbo d)vidro</p><p>4)Assinale a(s) proposições verdadeiras</p><p>01)Um balde de isopor mantém a cerveja gelada porque</p><p>impede a saída do frio</p><p>02)A temperatura de uma escova de dente é maior que a</p><p>temperatura da água da pia; mergulhando-se a escova na</p><p>água, ocorrerá uma transferência de calor da escova para</p><p>a água.</p><p>5)Com relação à propagação do calor, some a(s)</p><p>proposição (ões) correta(s):</p><p>01)Numa praça existem bancos de concreto e de</p><p>madeira. Ao sentar num banco de concreto tem-se a</p><p>sensação de que ele está mais frio, ou mais quente, que o</p><p>banco de madeira. Isso se deve ao fato de o concreto</p><p>apresentar uma convecção mais acentuada do que a</p><p>apresentada pela madeira,</p><p>02)Numa geladeira comum, o congelador localiza-se na</p><p>parte superior. As indústrias fazem-nas assim,</p><p>principalmente, para facilitar a retirada das forminhas de</p><p>gelo pelos adultos e para dificultar o acesso ao sorvete</p><p>pelas crianças.</p><p>04)As prateleiras das geladeiras são feitas de grades de</p><p>arame, para facilitar a formação de correntes de</p><p>convecção, ou seja, a movimentação do ar quente para</p><p>cima e do ar frio para baixo.</p><p>08)As cozinheiras preferem utilizar colheres de madeira</p><p>e não de metal, para mexer seus guisados. Isto porque a</p><p>madeira, sendo má condutora de calor, dificulta o</p><p>aquecimento do cabo da colher.</p><p>04) Se tivermos a sensação de frio ao tocar um objeto</p><p>com a mão, isto significa que esse objeto está a uma</p><p>temperatura inferior à nossa</p><p>08)Um copo de refrigerante gelado, pousado sobre uma</p><p>mesa, num típico dia de verão, recebe calor do meio</p><p>ambiente até ser atingido o equilíbrio térmico.</p><p>16) O agasalho, que usamos em dias frios para nos</p><p>mantermos aquecidos, é um bom condutor de calor.</p><p>32)Os esquimós, para se proteger do frio intenso,</p><p>constroem abrigos de gelo porque é um isolante térmico.</p><p>5)Com relação à propagação do calor, assinale a(s)</p><p>proposição (ões) correta(s):</p><p>01)Numa praça existem bancos de concreto e de</p><p>madeira. Ao sentar num banco de concreto tem-se a</p><p>sensação de que ele está mais frio, ou mais quente, que o</p><p>banco de madeira. Isso se deve ao fato de o concreto</p><p>apresentar uma convecção mais acentuada do que a</p><p>apresentada pela madeira,</p><p>02)Numa geladeira comum, o congelador localiza-se na</p><p>parte superior. As indústrias fazem-nas assim,</p><p>principalmente, para facilitar a retirada das forminhas de</p><p>gelo pelos adultos e para dificultar o acesso ao sorvete</p><p>pelas crianças.</p><p>04)As prateleiras das geladeiras são feitas de grades de</p><p>arame, para facilitar a formação de correntes de</p><p>convecção, ou seja, a movimentação do ar quente para</p><p>cima e do ar frio para baixo.</p><p>08)As cozinheiras preferem utilizar colheres de madeira</p><p>e não de metal, para mexer seus guisados. Isto porque a</p><p>madeira, sendo má condutora de calor, dificulta o</p><p>aquecimento do cabo da colher.</p><p>6)Para que a vida continue existindo no nosso planeta,</p><p>necessitamos sempre do calor que emana do Sol.</p><p>Sabemos que esse calor está relacionado a reações de</p><p>fusão nuclear no interior desta estrela. A transferência de</p><p>calor do Sol para nós ocorre através de:</p><p>a)convecção b)condução c)irradiação</p><p>d)dilatação térmica e)ondas mecânicas</p><p>15</p><p>7)Sobre a irradiação do calor podemos afirmar que:</p><p>a)só ocorre nos sólidos</p><p>b)só ocorre nos líquidos</p><p>c)só ocorre nos gases sob baixa pressão</p><p>d)só ocorre no vácuo</p><p>e)não necessita de meio material para ocorrer</p><p>8) Caminhando descalço no interior de uma casa, um</p><p>observador nota que o piso ladrilhado é mais frio que o</p><p>de madeira. Isto se dá principalmente por causa:</p><p>a)de efeitos psicológicos</p><p>b)da diferença de condutividade térmica</p><p>c)da diferença de calores específicos</p><p>d)da diferença de temperatura: a madeira é mais quente</p><p>que o ladrilho</p><p>e)da diferença das capacidades térmicas</p><p>9)Um corpo é denominado corpo negro quando a</p><p>energia radiante que nele incide é totalmente:</p><p>a)refletida b)refratada c)absorvida</p><p>d)consumida e)emitida</p><p>10)Com relação á transmissão de calor, é correto afirmar</p><p>que</p><p>01) através dos sólidos, o calor flui por condução</p><p>02)o calor não se propaga no vácuo</p><p>04)na irradiação, o calor se propaga por ondas</p><p>eletromagnéticas.</p><p>08)nos gases, o calor se propaga, principalmente, por</p><p>convecção.</p><p>16) a origem dos ventos naturais se deve à convecção</p><p>32) a condutividade térmica de uma substância está</p><p>relacionada com a facilidade com que o calor flui através</p><p>dela.</p><p>11)Analise as proposições apresentadas a seguir</p><p>I. O calor do Sol chega até a Terra por irradiação</p><p>II. A convecção é um processo de propagação do calor</p><p>que ocorre devido à diferença de densidade das</p><p>partículas no fluído considerado</p><p>III.Uma moeda metálica, bem polia, fica mais quente do</p><p>que uma outra idêntica, revestida de tinta negra, quando</p><p>ambas são expostas ao Sol, por um tempo suficiente para</p><p>absorção do calor</p><p>Escolha a alternativa correta:</p><p>a)Apenas a proposição III é falsa</p><p>b)Todas as proposições são corretas</p><p>c)II e III são corretas</p><p>d)I e III são corretas</p><p>e)Todas são falsas</p><p>12)A garrafa térmica é um recipiente que:</p><p>a)conserva o calor quente em seu interior</p><p>b)só deve ser usada para líquidos com temperatura</p><p>acima de 20oC</p><p>c)não deixa o frio entrar em seu interior</p><p>d)dificulta a troca de calor com o meio exterior</p><p>e)serve somente para colocar café ou chá</p><p>13)No verão é mais agradável usar roupas claras do que</p><p>roupas escuras. Isso porque:</p><p>01) uma roupa de cor branca absorve toda a radiação que</p><p>incide sobre ela</p><p>02) uma roupa de cor branca reflete a radiação, enquanto</p><p>uma roupa de cor escura a absorve</p><p>04) uma roupa de cor branca conduz melhor o frio do</p><p>que uma roupa de cor escura</p><p>08) uma roupa de cor escura é pior condutora do que</p><p>uma roupa clara.</p><p>14)nas noites de inverno costumamos nos cobrir com</p><p>cobertores para não sentir frio. Com relação a esse fato,</p><p>é correto afirmar:</p><p>01) o cobertor impede a passagem do frio do ambiente</p><p>para o nosso corpo</p><p>02) o cobertor funciona como isolante térmico entre o</p><p>nosso corpo e o ambiente</p><p>04)o cobertor dificulta a perda de calor por condução do</p><p>nosso corpo para o ambiente.</p><p>08) quanto mais grosso for o cobertor, mais calor será</p><p>conduzido do nosso corpo para o ambiente.</p><p>16)o ar contido entre as malhas do cobertor, por ser um</p><p>gás, mau condutor de calor, auxilia no isolamento</p><p>térmico entre o nosso corpo e o ambiente</p><p>32) o cobertor não influencia em nada a troca de calor</p><p>entre o nosso corpo e o ambiente, uma vez que a</p><p>irradiação do frio ocorre inclusive no vácuo</p><p>Irradiação Térmica e o aquecimento</p><p>global</p><p>O planeta está em um processo de aquecimento</p><p>muito acelerado. Isto por causa da alta concentração</p><p>de gases do efeito estufa – dióxido de carbono</p><p>(CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) – que</p><p>são provenientes da indústria, automóveis e da</p><p>queimada de florestas. A Terra absorve a energia do</p><p>Sol, e também irradia energia de volta para o</p><p>espaço. No entanto, grande parte desta energia que</p><p>vai para o espaço é absorvida pelos gases</p><p>causadores do efeito estufa..</p><p>Como resultado do aumento da emissão</p><p>destes gases, o planeta está aquecendo. As</p><p>temperaturas médias globais são as maiores nos</p><p>dois últimos séculos, aumentando cerca de 0,74°C</p><p>nos últimos 100 anos. Segundo relatório do Painel</p><p>Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas</p><p>(IPCC), de 2007, poderá ocorrer o acréscimo médio</p><p>de 2°C a 5,8°C na temperatura do planeta.</p><p>16</p><p>O efeito estufa é um fenômeno causado por gases</p><p>(principalmente gás carbônico, clorofluorcarboneto,</p><p>metano e óxido nitroso) que estão presentes na</p><p>atmosfera desde a formação da Terra, há cerca de 4</p><p>bilhões de anos. São eles os responsáveis por</p><p>absorver a radiação infravermelha vinda da Terra e</p><p>permitir que a temperatura na superfície fique na</p><p>média de 15 °C.</p><p>Sem esses gases, a vida só seria viável para</p><p>micróbios em regiões aquecidas por fontes</p><p>geotermais</p><p>O homem tem, há milênios contribuído para o</p><p>super aquecimento. Com o advento da</p><p>industrialização ocorreu uma elevação dos níveis de</p><p>CO2, na atmosfera que vem se intensificando a cada</p><p>dia que passa, provocando um aumento da</p><p>temperatura da Terra com alterações climáticas</p><p>globais.</p><p>O dióxido de carbono é o que mais tem</p><p>aumentado dos gases de efeito estufa, porém o</p><p>metano é 20 vezes mais efetivo do que o CO2 e o</p><p>clorofluorcarbono são 1000 vezes mais efetivos.</p><p>Clorofluorocarbonos ou CFCs são produtos</p><p>das industrias químicas que nunca existiram na</p><p>atmosfera até serem sintetizados há 60 anos.</p><p>17</p><p>São utilizados em refrigeradores, condicionadores</p><p>de ar e spray (aerossóis) e constituem o mais</p><p>poderoso gás com efeito estufa: uma molécula de</p><p>certo tipo de CFC é responsável pela mesma</p><p>contribuição ao efeito estufa de 10 mil moléculas de</p><p>CO2.Os CFCs são responsáveis por 20% do</p><p>agravamento do efeito estufa.</p><p>Dióxido de carbono (CO2) O Carbono da</p><p>Terra está armazenado em diferentes reservatórios:</p><p>(1) os oceanos, (2) as reservas de combustíveis</p><p>fósseis do subsolo e do fundo do mar, (3) o solo, (4)</p><p>a atmosfera e (5) a biomassa vegetal .Dióxido de</p><p>carbono é o maior contribuidor individual para o</p><p>aumento da forçante radioativa dos gases de efeito</p><p>estufa.</p><p>O CO2 é de</p><p>importância crucial</p><p>em vários processos</p><p>que se desenvolvem</p><p>na Terra,</p><p>participando, por</p><p>exemplo, da</p><p>fotossíntese, fonte de</p><p>carbono para formação da matéria que compõem as</p><p>plantas terrestres e marinhas.Outro processo do qual</p><p>o CO2, como vimos, se refere à manutenção do</p><p>calor da Terra.</p><p>Metano(CH4) é Um contribuinte importante</p><p>para o efeito estufa , que é produzido por vários</p><p>processos naturais, como a fermentação em</p><p>pântanos, e processos movidos pelo homem, como</p><p>a queima de biomassa vegetal, o plantio de arroz e a</p><p>fermentação no aparelho digestivo do gado. Boa</p><p>parte do metano desaparece em reações químicas na</p><p>própria atmosfera e uma fração pequena é absorvida</p><p>por microorganismos existentes no solo. Assim,</p><p>muito das emissões de metano apenas substitui a</p><p>fração do metanoatmosférico que foi decomposta.</p><p>Mesmo assim, o metano ainda contribui com15%</p><p>do agravamento do efeito estufa.</p><p>A pecuária, tem sido grande protagonista quando o</p><p>assunto é aquecimento global.</p><p>18</p><p>• Criar uma revistinha impressa sobre o</p><p>aquecimento global e Efeito estufa.</p><p>� Temas a serem abordados na revista</p><p>� Explicar o que é o aquecimento global e o efeito</p><p>estufa.</p><p>� Abordar sobre a relação entre as queimadas com</p><p>o efeito estufa.</p><p>� Falar sobre o Protocolo de Kyoto, não deixando</p><p>de falar sobre qual o objetivo desse tratado.</p><p>� Os setores abaixo podem contribuir para a</p><p>redução da emissão dos gases estufas, insira este</p><p>tópico na sua revista.</p><p>o Setor industrial</p><p>o Setor de transporte</p><p>o Setor de energia</p><p>o Setor florestal</p><p>� Registrar formas de contribuição da população</p><p>para reduzir a emissão de poluentes.</p><p>� Falar sobre a preservação da Mata atlântica</p><p>� Abordar os fenômenos climáticos ocorridos</p><p>com o aumento da temperatura da Terra.</p><p>� Não deixar de citar o marco histórico que</p><p>acelerou os problemas de poluição- A</p><p>Revolução Industrial.</p><p>� Falar sobre a camada de Ozônio.</p><p>� Valor:______________</p><p>� Data:_______________</p><p>� Critérios de Avaliação:</p><p>� Deverá ser entregue na data marcada, por se</p><p>tratar de um trabalho em equipe, não serão</p><p>aceitos trabalhos atrasados.</p><p>� Temas deverão ser pesquisados e após</p><p>discussão com seus colegas, deverão ser</p><p>introduzidos na revista.</p><p>� Estética da revista será também avaliada.</p><p>� No interior da revista deverá ter textos,</p><p>imagens, charges, passatempos, jogos,</p><p>entrevistas, etc. porém sem fugir do tema.</p><p>Trabalho em Equipe (máximo 4 Trabalho em Equipe (máximo 4 Trabalho em Equipe (máximo 4 Trabalho em Equipe (máximo 4</p><p>alunos)alunos)alunos)alunos)</p><p>19</p><p>� Deverá apresentar sua revista aos colegas da</p><p>sala junto ao professor na data determinada.</p><p>Observações</p><p>Qualquer dúvida procurar o professor responsável</p><p>para esclarecimentos.</p><p>Por volta de 1840, muitos cientistas</p><p>chegaram à conclusão de que o calor não é uma</p><p>substância, mas sim uma forma de</p><p>energia. Um desses cientistas, chamado</p><p>James Prescott Joule, foi mais além:</p><p>concluiu que o calor está relacionado à</p><p>energia dos átomos e moléculas de uma</p><p>substância.</p><p>A Teoria Cinética dos Gases é um conjunto</p><p>de hipóteses propostas para explicar as</p><p>propriedades e as leis dos gases. Essas hipóteses</p><p>compõem um modelo para os gases segundo o qual:</p><p>� Todo gás é constituído de um número</p><p>enorme de moléculas que guardam grandes</p><p>distâncias entre si.</p><p>� As dimensões das moléculas são</p><p>desprezíveis em relação às distâncias médias</p><p>entre elas, ou seja o volume ocupado pelas</p><p>moléculas de um gás num recipiente é</p><p>praticamente desprezível.</p><p>� As moléculas movem-se continuamente em</p><p>todas as direções, por isso os gases sempre</p><p>ocupam todo o volume do recipiente em que</p><p>estão contidos.</p><p>� Entre as moléculas só há interação quando</p><p>elas colidem (pressão)</p><p>� As colisões entre as moléculas de um gás e</p><p>entre as moléculas e as paredes do recipiente</p><p>são perfeitamente elásticas (velocidade de</p><p>afastamento e aproximação são iguais) o que</p><p>significa que a energia cinética das</p><p>moléculas permanece constante.</p><p>Características das substâncias no</p><p>estado gasoso</p><p>As características mais importantes são: a</p><p>compressibilidade e a expansibilidade.</p><p>Não tem forma nem volume próprio. Um</p><p>gás tem a forma do recipiente onde está contido e o</p><p>volume de um gás é o volume do recipiente onde</p><p>está contido.</p><p>Variáveis de estado de um gás</p><p>Volume: Espaço onde as moléculas podem se</p><p>movimentar</p><p>Pressão: Resulta das colisões das moléculas contra</p><p>as paredes do recipiente onde está contido.</p><p>Temperatura: É uma medida da agitação</p><p>molecular ou térmica das moléculas.</p><p>Pressão de um gás</p><p>Uma moça com sapato de 'salto agulha' e um homem de</p><p>bota caminham lado a lado. Qual causa maior dano onde</p><p>pisa?</p><p>Acredite ou não, é o</p><p>sapato com salto</p><p>agulha! Ele pode</p><p>arruinar tapetes e</p><p>perfurar buracos no</p><p>chão. Não, não é</p><p>porque a moça aplica</p><p>no chão uma força maior que a do homem da bota.</p><p>É porque a força que ela aplica está concentrada</p><p>numa área bem pequena. Ela produz, com isso, uma</p><p>pressão bem alta.</p><p>pressão exercida pelas forças nos informa quão</p><p>distribuídas ou concentradas elas estão. Para conhecer</p><p>o valor de uma pressão, precisamos de duas</p><p>informações:</p><p>a intensidade da força resultante e</p><p>2) a área da superfície na qual as forças agem.</p><p>Usamos, então, da expressão:</p><p>Comportamento Térmico dos Comportamento Térmico dos Comportamento Térmico dos Comportamento Térmico dos</p><p>GasesGasesGasesGases</p><p>Chamamos de estado normal de um gás aquele</p><p>caracterizado pelos seguintes valores de temperatura</p><p>absoluta e da pressão p:</p><p>Unidades</p><p>Temperatura ���� kelvin (K)</p><p>Pressão���� ( atm / Pa / N/m2)</p><p>Volume ���� m3</p><p>Conversão</p><p>Tk = Tc + 273</p><p>1atm = 105 Pa</p><p>1Pa = 1 N/m2</p><p>1m3 = 1000L</p><p>1L = 1000 cm3</p><p>1m3= 106 cm3</p><p>A</p><p>F</p><p>P =</p><p>20</p><p>P= (intensidade da força) / (área da superfície)</p><p>A pressão é medida em newtons por metro quadrado</p><p>(N/m2) ou pascal (Pa).</p><p>I. Transformação Isotérmica– Lei de Boyle– Mariotte</p><p>“À temperatura constante, uma determinada massa de</p><p>gás ocupa um volume inversamente proporcional à</p><p>pressão exercida sobre ele”.</p><p>A lei de Boyle-Mariotte pode ser representada por um</p><p>gráfico pressão-volume. Neste gráfico, as abscissas</p><p>representam a pressão de um gás, e as ordenadas, o</p><p>volume ocupado.</p><p>A curva obtida é</p><p>uma hipérbole,</p><p>cuja equação</p><p>representativa é PV</p><p>= constante.</p><p>Portanto, podemos</p><p>representar:</p><p>II. Transformação Isobárica Lei de Charles/Gay-Lussac</p><p>“À pressão constante, o volume ocupado por</p><p>uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à</p><p>temperatura absoluta.”</p><p>As relações entre volume e temperatura podem</p><p>ser representadas pelo esquema:</p><p>Graficamente, encontramos:</p><p>A reta obtida é representada pela equação:</p><p>Concluindo, temos</p><p>III. Transformação Isocórica ( isométrica,</p><p>isovolumétrica) - Lei de Charles/Gay-Lussac</p><p>“A volume constante, a pressão exercida por</p><p>uma determinada massa fixa de gás é diretamente</p><p>proporcional à temperatura absoluta”.</p><p>As relações entre pressão e temperatura são</p><p>representadas a seguir:</p><p>A reta obtida é representada pela equação:</p><p>P = (constante) · T ou</p><p>Concluindo, temos:</p><p>1)A massa de um gás inicialmente ocupava 10l à pressão</p><p>de 1 atm. Esta, ao sofrer transformação isotérmica,</p><p>passou a ocupar 2l. Qual será a pressão exercida pelo gás</p><p>após essa transformação</p><p>Transformações Particulares</p><p>21</p><p>. Dentro de um recipiente fechado existe uma massa de</p><p>gás ocupando volume de 20L, à pressão de 0,5atm e a</p><p>27ºC. Se o recipiente for aquecido a 127ºC, mantendo-se</p><p>o volume constante, qual será a pressão do gás ?</p><p>7. Um botijão de gás não pode variar o volume do gás</p><p>que se encontra em seu interior. Se este for tirado de um</p><p>ambiente arejado, onde a pressão interna é 3 atm e a</p><p>temperatura 15°C, e é posto sob o Sol, onde a</p><p>temperatura é 35°C. Supondo que o gás seja ideal, qual</p><p>será a pressão após a transformação?</p><p>8. Um gás de volume 0,5m³ à temperatura de 20ºC é</p><p>aquecido até a temperatura de 70ºC. Qual será o volume</p><p>ocupado por ele, se esta transformação acontecer sob</p><p>pressão constante?</p><p>9.Um recipiente indeformável, hermeticamente fechado,</p><p>contém 10 litros de um gás perfeito a 30 ºC, suportando</p><p>a pressão de 2 atmosferas. A temperatura do gás é</p><p>aumentada até atingir 60ºC.</p><p>a) Calcule a pressão final do gás.</p><p>b) Esboce o gráfico pressão versus temperatura da</p><p>transformação descrita.</p><p>10. A 27º C, um gás ideal ocupa 500 cm3. Que volume</p><p>ocupará a -73º C, sendo a transformação isobárica?</p><p>1)Um gás de volume 5L e pressão 2 atm sofreu uma</p><p>compressão onde o volume final passou a 2,2 L. Qual é a</p><p>pressão final desse gás, sabendo que não houve variação</p><p>da temperatura.</p><p>2) Certa massa de um gás está submetido a pressão de 4</p><p>atm e ocupa um volume de 1,5L. Reduzindo</p><p>isotermicamente a pressão para 2,5atm, qual será o</p><p>volume ocupado?</p><p>3)Certa massa de um gás ocupa o volume de 9L a 270C e</p><p>exerce a pressão de 3atm. Qual será o volume final</p><p>ocupado por essa massa para exercer a pressão de 4 atm</p><p>a 27oC?</p><p>4) Em um cilindro com êmbolo móvel, matido a 300C,</p><p>há 400 cm3 de gás à pressão de 1,0 atm. Reduzindo a</p><p>pressão para 152 mmHg, que volume o gás ocupará em</p><p>litros? Dado: 1atm=760mmHg</p><p>5)Sem alterar a massa e a temperatura de um gás, deseja-</p><p>se que um sistema que ocupa 800ml, a 0,2 atm passe a</p><p>ter uma pressão de 0,8 atm. Para isso, o volume do gás</p><p>deverá ser reduzido para quantos ml?</p><p>6)Um gás ocupa o volume de 500 ml à pressão de 1</p><p>atmosfera. Qual é o volume desse gás à pressão de 2</p><p>atmosfera, na mesma temperatura?</p><p>7)A 27°C determinada massa de um gás ocupa o</p><p>volume de 300ml. Calcule o volume que essa massa</p><p>ocupará se a temperatura se elevar a 47°C, sem que</p><p>haja variação da pressão.</p><p>8) Em um recipiente há oxigênio a 0,2 atm e</p><p>7ºC. A que</p><p>temperatura devemos aquecer esse gás para que sua</p><p>pressão aumente para 0,4 atm?</p><p>****</p><p>Quem quer fazer alguma coisa, acha um</p><p>jeito, quem não quer fazer nada arruma uma</p><p>desculpa.</p><p>Roberto Shinyashiki</p><p>****</p><p>Trabalho de um gTrabalho de um gTrabalho de um gTrabalho de um gáááás e 1s e 1s e 1s e 1ªªªª Lei da Lei da Lei da Lei da</p><p>TermodinTermodinTermodinTermodinââââmicamicamicamica</p><p>Trabalho de um</p><p>gás</p><p>O aquecimento</p><p>da Terra, provocado</p><p>pela emissão de gases,</p><p>sobretudo de países</p><p>ricos, está alterando o</p><p>ritmo natural de degelo</p><p>e das chuvas, de forma a mudar a capacidade das</p><p>represas e o fornecimento de energia em determinadas</p><p>épocas do ano.</p><p>Um gás pode realizar ou receber trabalho por meio da:</p><p>expansão� quando realizar trabalho sobre o meio</p><p>externo</p><p>compressão� quando recebe o trabalho do meio</p><p>externo.</p><p>Trabalho com pressão constante</p><p>Representação do sistema formado por um gás</p><p>aprisionado por êmbolo movimentando-se livremente,</p><p>sem atrito.</p><p>Ao aquecer o gás,</p><p>ocorre aumento na</p><p>agitação de suas</p><p>moléculas, fazendo</p><p>com que o êmbolo</p><p>suba, pois a pressão</p><p>22</p><p>interna e a externa permanecem constantes, mas o</p><p>volume é alterado.</p><p>Lembre-se que se aumenta a temperatura, as</p><p>moléculas se agitam mais e se chocam com mais força</p><p>nas paredes do recipiente, tendo então maior pressão,</p><p>mas se deixarmos o êmbolo livre, com o aumento da</p><p>temperatura o volume também aumenta, e assim as</p><p>moléculas não se chocam com maior intensidade de</p><p>força, permanecendo com a pressão constante.</p><p>Cálculo do trabalho termodinâmico</p><p>τ = p .∆V</p><p>Pressão constante</p><p>Observe que este cálculo é apenas para trabalho</p><p>termodinâmico com pressão constante.</p><p>Fique atento aos sinais</p><p>Expansão do gás Volume</p><p>aumenta</p><p>∆V �(+)</p><p>O gás realiza</p><p>trabalho sobre o</p><p>meio externo</p><p>τ � (+)</p><p>Compressão do gás Volume</p><p>diminui</p><p>∆V �(-)</p><p>Trabalho</p><p>realizado pelo</p><p>meio externo</p><p>sobre o gás</p><p>τ � (-)</p><p>1)Um gás está confinado em um recipiente cuja tampa</p><p>consiste de um êmbolo móvel em equilíbrio. Sobre o</p><p>êmbolo é colocado um bloco que o força para baixo,</p><p>comprimindo o gás. Em seguida, o gás é aquecido de</p><p>maneira que o êmbolo volta a subir até a altura inicial.</p><p>Determine o sinal do trabalho realizado nos dois</p><p>processos descritos</p><p>2)Em um processo á pressão constante de 2.105 N/m2,</p><p>um gás aumenta seu volume de 8.10-6m3 para 13.10-6m3.</p><p>Calcule o trabalho realizado pelo gás.</p><p>3)</p><p>4)</p><p>5) 5)Quando são colocados 12 moles de um gás em um</p><p>recipiente com êmbolo que mantém a pressão igual a da</p><p>atmosfera, inicialmente ocupando 2m³. Ao empurrar-se</p><p>o êmbolo, o volume ocupado passa a ser 1m³.</p><p>Considerando a pressão atmosférica igual a</p><p>100000N/m², qual é o trabalho realizado sob o gás?</p><p>Comente a sua resposta.</p><p>6)Numa transformação sob pressão constante de 800</p><p>N/m2, o volume de um gás ideal se altera de 0,020 m3</p><p>para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a</p><p>expansão do gás.</p><p>7)Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um</p><p>gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. O trabalho foi realizado</p><p>pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior?</p><p>Quanto vale o trabalho realizado?</p><p>8)Um gás está contido num cilindro fechado por meio de</p><p>um êmbolo, que pode deslizar sem atrito, ocupando um</p><p>volume de 0,1m3. Ao ser aquecido, sob pressão</p><p>constante de 500N/m2, o êmbolo se desloca e o volume</p><p>aumenta para 0,3m3. Calcule o trabalho realizado pelo</p><p>gás.</p><p>9)Um gás ideal, sob pressão constante de 2.105 N/m2,</p><p>tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3.</p><p>Determine o trabalho realizado no processo.</p><p>Energia Interna do gás (U)</p><p>Sabemos que, se a temperatura de um gás aumenta, a</p><p>energia cinética desse gás também aumenta, isso explica</p><p>pelo fato de temperatura e energia cinética estarem</p><p>correlacionadas. Entretanto, se as partículas do gás não</p><p>forem monoatômicos, haverá uma interação entre os</p><p>átomos desse gás.</p><p>Podemos pensar da seguinte maneira: Para um</p><p>gás, composto de moléculas com somente um átomo, a</p><p>variação de temperatura do gás acarreta um aumento da</p><p>variação da energia cinética de translação do átomo.</p><p>23</p><p>Nesse caso não haverá energia de rotação e vibração</p><p>nem energia de interação entre os átomos, pois as</p><p>partículas são formadas por um átomo apenas. A</p><p>energia interna de um gás, é a soma da energia cinética</p><p>(translação, rotação e vibração), e da energia de</p><p>interação entre os átomos.</p><p>Para gases formados de moléculas com mais de um</p><p>átomo, a variação de temperatura provoca, além da</p><p>variação da energia cinética ( translação, rotação e</p><p>vibração), a variação de energia interna dos átomos.</p><p>A energia interna de um gás, é a soma da energia</p><p>cinética (translação, rotação e vibração), e da energia de</p><p>interação entre os átomos.</p><p>O que nos interessa é deixar claro que:</p><p>Se a temperatura de um gás aumenta a variação da</p><p>energia interna do gás também aumenta, e se a</p><p>temperatura do gás diminui a variação da energia interna</p><p>diminui proporcionalmente. E se tratar de uma</p><p>transformação isotérmica, ou seja, onde a temperatura</p><p>não se altera numa transformação, a variação da energia</p><p>interna será zero.</p><p>1ª Lei da Termodinâmica</p><p>Quando um sistema passa por um processo</p><p>termodinâmico, sua energia total é composta por duas</p><p>partes:</p><p>Energia Externa: è a energia trocada pelo sistema com o</p><p>meio exterior na forma de calor e trabalho, não fazendo</p><p>parte dele.</p><p>Energia Interna: é a energia que está no interior do</p><p>sistema.</p><p>A primeira Lei da Termodinâmica constitui-se no</p><p>princípio da conservação da energia. Isso significa que</p><p>o valor da energia de um sistema é constante, não</p><p>podendo ser criada, nem destruída, apenas</p><p>transformada</p><p>Consideramos um sistema qualquer formado por um ou</p><p>mais corpos. Quando fornecemos ao sistema uma</p><p>quantidade de energia (Q) na forma de calor, essa</p><p>energia pode ser usada de dois modos:</p><p>Uma parte da energia poderá ser usada para o sistema</p><p>realizar trabalho τ expandindo-se (τ +) ou contraindo-se</p><p>(τ -)</p><p>Eventualmente pode acontecer do sistema não alterar seu</p><p>volume, assim o trabalho será nulo.</p><p>A outra parte da energia será absorvida pelo sistema,</p><p>transformando-se em energia interna. Dito de outro</p><p>modo: essa outra parte de energia é igual a variação da</p><p>energia interna (∆U) do sistema.</p><p>Eventualmente pode acontecer</p><p>∆U= 0, significa que, nesse caso, todo o calor Q foi</p><p>usado para a realização de trabalho.</p><p>Assim temos:</p><p>Quando usarmos essa expressão, que traduz a Primeira</p><p>Lei da termodinâmica: Conservação da Energia</p><p>precisamos tomar cuidado com os sinais de Q e τ.</p><p>Não esquecer</p><p>Como já vimos anteriormente, se o gás se expandir, isto</p><p>é, aumentar seu volume, o trabalho será positivo.</p><p>Se o gás for comprimido (diminuindo o volume), o</p><p>trabalho será negativo,(nesse caso é o meio exterior que</p><p>realiza trabalho positivo).</p><p>Transformações Gasosas na Primeira Lei da</p><p>Termodinâmica</p><p>Transformação Isotérmica: Temperatura Constante</p><p>Se a temperatura não varia, não há variação da energia</p><p>interna.</p><p>Portanto:</p><p>UQ ∆+= τ � 0+= τQ � τ=Q</p><p>Transformação Isocórica: volume Constante</p><p>Se o volume não variação, não terá deslocamento do gás,</p><p>então, não haverá realização de trabalho.</p><p>Portanto:</p><p>UQ ∆+= τ � UQ ∆+= 0 � UQ ∆=</p><p>Transformação Isobárica: pressão Constante</p><p>Se a pressão for constante a expressão da primeira lei</p><p>não se altera</p><p>Portanto:</p><p>UQ ∆+= τ onde VPx∆=τ</p><p>UQ ∆+=τ</p><p>24</p><p>Transformação Equação</p><p>02) Um sistema termodinâmico sofre um acréscimo em</p><p>sua energia interna ∆UI=200J em duas transformações</p><p>diferentes.</p><p>a)Qual a quantidade de calor envolvida quando o</p><p>sistema realiza trabalho de 120J? Ela é absorvida ou</p><p>cedida pelo sistema?</p><p>b)Se o sistema cede 60J de calor para o ambiente, qual o</p><p>trabalho envolvido? Esse trabalho foi realizado pelo</p><p>sistema ou sobre ele?</p><p>04) Um sistema termodinâmico</p><p>sofre um acréscimo em</p><p>sua energia interna ∆UI=1200J em duas transformações</p><p>diferentes.</p><p>a)Qual a quantidade de calor envolvida quando o</p><p>sistema realiza trabalho de 2000J? Ela é absorvida ou</p><p>cedida pelo sistema?</p><p>b)Se o sistema cede 600J de calor para o ambiente, qual</p><p>o trabalho envolvido? Esse trabalho foi realizado pelo</p><p>sistema ou sobre ele?</p><p>5)Suponha que um sistema passe de um estado a outro,</p><p>trocando energia com sua vizinhança. Calcule a variação</p><p>de energia interna nos seguintes casos:</p><p>a)O sistema absorve 100 cal de calor e realiza um</p><p>trabalho de 200J</p><p>b)O sistema absorve 100cal de calor e um trabalho de</p><p>200J é realizado sobre ele</p><p>c)O sistema libera 100 cal de calor para a vizinhança e</p><p>um trabalho de 200J é realizado sobre ele.</p><p>6)Um gás, contido em um cilindro provido de um</p><p>pistom, expande-se ao ser colocado em contato com uma</p><p>fonte de calor. Verifica-se que a energia interna do gás</p><p>não varia. O trabalho que o gás realizou é maior, igual</p><p>ou menor que o calor que ele absorveu?</p><p>7)Um gás é comprimido sob uma pressão constante</p><p>igual a</p><p>5,0x104 N/m2, desde um volume inicial Vi=3,0x10-3 m3</p><p>até um volume final Vf=1,5x10-3m3,</p><p>a) Houve trabalho realizado pelo gás ou sobre o gás?</p><p>b)Calcule esse trabalho?</p><p>8)Um gás é comprimido de modo que o meio externo</p><p>realiza sobre o gás um trabalho de 800J. Durante o</p><p>processo, o gás perde para o ambiente uma quantidade</p><p>de calor de 100J. Calcule a variação de energia interna</p><p>do gás.</p><p>9)Um gás sofre uma transformação: absorve 50cal de</p><p>energia na forma de calor e expande-se realizando um</p><p>trabalho de 300J. Considerando 1 cal=4,2J, a variação da</p><p>energia interna do gás é, em J de:</p><p>10)Enquanto se expande, um gás recebe o calor de 100J</p><p>e realiza um trabalho de 70J. Ao final do processo,</p><p>podemos afirmar que a energia interna do gás é:</p><p>1)Um gás perfeito está contido num cilindro fechado por</p><p>meio de um êmbolo móvel. Ao receber 400J na forma de</p><p>calor, o gás expande empurrando e realizando trabalho</p><p>de 100J. Calcule a variação de energia interna sofrida</p><p>pelo gás.</p><p>2)Durante uma transformação isotérmica, um gás perde</p><p>para o ambiente 200J de calor. Calcule o trabalho</p><p>necessário para que essa transformação seja possível.</p><p>Explique fisicamente o resultado obtido</p><p>3)Um gás, sob pressão constante de 200 N/m2 recebe</p><p>1000J de calor e aumenta seu volume de 2m3 para 4 m3 .</p><p>Calcule a variação de energia interna do gás.</p><p>4)Um gás contido em um recipiente recebe 200J de</p><p>energia na forma de calor e 50J na forma de trabalho.</p><p>Calcule a variação da energia interna do gás.</p><p>5)Um gás, ao se expandir, absorve uma quantidade de</p><p>calor igual a 200J. Sabendo que não houve variação a</p><p>energia interna, podemos concluir que o gás sofreu que</p><p>tipo de transformação e quanto foi trabalho realizado.</p><p>6)Um gás, mantido em volume constante, libera 100</p><p>calorias de calor para o meio ambiente. Calcule o</p><p>trabalho realizado pelo gás.</p><p>7)Um sistema passa de um estado A para um estado B</p><p>quando sua energia interna tem um acréscimo de 200J.</p><p>Se a quantidade e calor recebida pelo sistema foi de</p><p>25</p><p>500J, qual foi o trabalho realizado, em joules, pelo</p><p>sistema?</p><p>8)Um sistema absorve 200 cal sob forma de calor ao</p><p>mesmo tempo que se expande, realizando um trabalho</p><p>de 300J. Qual é a variação da energia interna do</p><p>sistema?</p><p>9)Um gás submetido a uma pressão constante de 1,0.106</p><p>N/m2, foi fornecida uma quantidade de calor de 10 cal.</p><p>Durante esse processo, o volume do gás aumentou em</p><p>2cm3. Determinar, em J, a variação de energia interna do</p><p>gás. (1 cal = 4,18 J).</p><p>10)Numa transformação isotérmica, 5 mols de um gás</p><p>recebem 1000J de calor. Baseando-se nessa informação,</p><p>indique as afirmações corretas</p><p>01)o gás s contraiu</p><p>02)o volume final do gás é maior que o inicial</p><p>04)a variação da energia interna do gás vale 1.103J.</p><p>08)A variação da energia interna do gás vale 0J</p><p>16)O trabalho realizado vale 1.103J</p><p>11)Assinale o que for correto:</p><p>01)A variação da energia interna de um sistema é dada</p><p>pela diferença entre o calor trocado com o meio exterior</p><p>e o trabalho realizado no processo termodinâmico</p><p>02)A energia interna e uma dada massa de um gás</p><p>perfeito é função exclusiva de sua temperatura</p><p>04)O calor passa espontaneamente de um corpo para</p><p>outro de temperatura mais alta</p><p>08) Chama-se calor latente de uma mudança de fase a</p><p>quantidade de calor que a substância recebe ou cede</p><p>quando ocorre uma variação de temperatura</p><p>16)Numa expansão isobárica, a quantidade de calor</p><p>recebida é maior que o trabalho realizado.</p><p>32)Numa transformação isovolumétrica, o trabalho</p><p>realizado sobre o sistema é nulo.</p><p>64)expandindo-se isotermicamente o gás, o trabalho por</p><p>ele realizado é igual ao calor a ele fornecido.</p><p>12)Supondo que a máquina térmica receba 400 J de uma</p><p>fonte de calor e consiga converter 120J na forma de</p><p>trabalho, determine a variação da energia interna sofrida</p><p>pelo gás.</p><p>13)Enquanto se expande, um gás recebe 100J de calor e</p><p>realiza 70J de trabalho. Ao final do processo, qual foi a</p><p>variação da energia interna do gás?</p><p>14)Transfere-se calor a um sistema, num total de 200</p><p>calorias. Verifica-se que o sistema se expande,</p><p>realizando um trabalho de 150 joules, e que sua energia</p><p>interna aumenta. Calcule, em joules a variação da</p><p>energia interna desse sistema.</p><p>15)Um sistema termodinâmico, ao passar do estado</p><p>inicial para o estado final, tem 200J de trabalho</p><p>realizado sobre ele, liberando 70cal. Considerando 1 cal</p><p>igual a 4,18J indique os valores correspondentes com os</p><p>respectivos sinais para:</p><p>Trabalho realizado:</p><p>Quantidade de calor:</p><p>Variação da energia Interna:</p><p>16)Um gás ideal , sob pressão constante de 2.105 N/m2,</p><p>tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3.</p><p>Determine o trabalho realizado no processo.</p><p>17) Num dado processo termodinâmico, certa massa de</p><p>um gás recebe 260 joules de calor de uma fonte térmica.</p><p>Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma</p><p>expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules.</p><p>Determine a variação da energia interna.</p><p>18) São fornecidos 14 J para aquecer certa massa de gás</p><p>a volume constante. Qual a variação na energia interna</p><p>do gás?</p><p>19)Um gás, encerrado num recipiente com êmbolo,</p><p>perde 100cal para o meio externo. Sabendo-se que sua</p><p>energia interna aumentou 20 cal, determine:</p><p>a)o trabalho termodinâmico</p><p>b)se houve expansão ou compressão:</p><p>c)se o gás realiza ou recebe trabalho:</p><p>20)Transfere-se calor a um sistema, num total de 1254</p><p>joules. Verifica-se que o sistema se expande, realizando</p><p>um trabalho de 50 calorias, e que sua energia interna</p><p>aumenta. A variação da energia interna desse sistema,</p><p>em calorias é: (1cal= 4,18J)</p><p>a)1045 b)1304 c)1204 d)250 e)1242</p><p>21)Em uma transformação isotérmica, 5 mols de um gás</p><p>recebem 1000J de calor. Baseando-se nessa informação,</p><p>escreva nos parênteses V ou F, conforme as afirmações</p><p>sejam verdadeiras ou falsas, indicando a alternativa</p><p>correta., é necessário resolver ou explicar cada uma para</p><p>ser validada a resposta.</p><p>( )o gás se contraiu</p><p>( )o volume final do gás é maior que o inicial.</p><p>( )a variação da energia interna do gás vale 1.103J</p><p>( )o trabalho realizado pelo gás vale 1.103J</p><p>22)Quando fornecemos 100J de calor a um gás ideal,</p><p>esse realiza trabalho conforme mostra o gráfico. Indo do</p><p>estado i ao estado f. Qual a variação da energia interna</p><p>do gás para essa transformação?</p><p>2ª Lei da Termodinâmica</p><p>Com base em nossa experiências cotidianas, sabemos</p><p>que, se um objeto de vidro cair no chão, seus pedaços</p><p>jamais se reagruparão sozinhos de modo a reconstituir o</p><p>objeto original. De maneira espontânea, ou seja, sem</p><p>intervenção externa, pedaços quebrados de vidro não se</p><p>reagrupam.</p><p>26</p><p>Da mesma forma, se misturarmos de sucos</p><p>diferentes na mesma jarra sabemos que será impossível</p><p>eles retornarem à condição inicial sem a ação de algum</p><p>agente externo que realize um procedimento para separá-</p><p>los.</p><p>A segunda</p>