Aula termologia

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Aula: 01  
Temática: Temperatura – Conceitos Iniciais
 Na unidade I de nosso curso de Termodinâmica estudaremos a termometria e as dilatações. Em nossa primeira aula abordaremos o conceito de temperatura, equilíbrio térmico e também verificaremos como construir um termômetro.
Com freqüência utilizamos o quente, o morno e o frio para traduzirmos a nossa sensação quando temos contato com um sistema. O sentido do tato é que nos proporciona a sensação térmica. Porém, temos de tomar cuidado com esse tipo de conclusão. Essa avaliação é imprecisa, pois depende da pessoa e das condições que a mesma se encontrava anteriormente.
As moléculas dos corpos estão em constante movimento, em constante vibração. A energia de movimento que elas possuem é chamada energia térmica. Se pudéssemos enxergar as moléculas de um corpo, iríamos verificar que naquele que está "frio" elas vibram menos do que naquele que está "quente". Podemos afirmar que: Temperatura é a grandeza física que mede o estado de agitação térmica dos corpos.
Para podermos ter um valor preciso de temperatura recorremos para a utilização do fenômeno de dilatação dos corpos, por exemplo, o comprimento de uma barra aumenta quando sofre aumento em sua temperatura. A propriedade que os corpos apresentam de mudar de volume, quando se modifica a temperatura, pode ser usada para medir temperaturas.
 Os termômetros de mercúrio, muito comuns em laboratórios, clínicas médicas e mesmo em casa, funcionam baseados na dilatação do mercúrio. Digamos, por exemplo, que precisamos medir a temperatura da água de um copo. Colocamos o termômetro dentro dele e aguardamos alguns minutos para que a água e o termômetro entrem em equilíbrio térmico. A variação de temperatura, para mais ou para menos, sofrida pelo mercúrio vai fazer com que seu volume varie, para mais ou para menos. Com isso, ele sobe ou desce na escala de temperaturas, indicando o valor correto da temperatura. A utilização do termômetro para a avaliação de temperatura de um sistema se fundamenta no fato de que, após algum tempo em contato, o sistema e o termômetro adquirem a mesma temperatura, isto é, alcançam o equilíbrio térmico.
Quando temos dois corpos com temperaturas diferentes um em contato com o outro e isolados de influências externas podemos verificar que o corpo mais quente vai se esfriando enquanto o corpo mais frio se esquenta. Depois de certo tempo, você pode perceber, usando o seu tato, que os corpos atingem uma mesma temperatura. A partir deste momento, as temperaturas dos corpos não sofrem alterações, isto é, atingem uma situação final, denominada de estado de equilíbrio térmico.
 
  Atividade Prática
Construa você mesmo o seu termômetro caseiro utilizando os conceitos que estudamos nesta aula. Para isso acesse nosso banco de textos.
 
 Atividades
1) Suponhamos duas pessoas A e B. A mantém a mão em água quente e B em água fria. Se ambas colocarem a mão em água morna então:
 
a)  A terá a sensação de frio e B de quente.
b)  Ambas terão sensação de frio.
c) Ambas terão sensação de morna.
d)  A terá sensação de quente e B de frio.
e)  Ambas terão sensação de quente.
2) Um observador toca um corpo e afirma que sua temperatura é exatamente 30º C. Então:
 
a)  O observador obteve uma conclusão exata.
b)  O observador tem uma sensibilidade de calor muito alta.
c) Deve-se verificar a precisão desta afirmação com um termômetro.
d)  Um outro observador tocando o mesmo corpo provavelmente chegará a uma conclusão diferente.
e)  Há mais de uma afirmação correta entre as anteriores.
 
3) Para se avaliar a temperatura de um corpo pode-se utilizar:
 
a)  A variação do comprimento de uma barra.
b)  A variação do volume de um líquido.
c) A variação da pressão de um gás.
d)  A variação da resistência elétrica de um condutor.
e)  Todas as respostas anteriores estão corretas.
 
4) Se dois corpos estão em equilíbrio térmico entre si, então:
 
a)  Suas grandezas termométricas têm igual valor.
b)  Suas temperaturas têm o mesmo valor.
c) A energia potencial dos dois corpos é a mesma.
d)  Um dos corpos é necessariamente um termômetro.
e)  Nenhuma das anteriores.
Última atualização: quinta, 21 Jul 2016, 18:39
Aula: 02    
Temática: Escalas Termométricas
 Na aula anterior vimos que a temperatura é uma grandeza que mede o nível de agitação das moléculas de um corpo. Quanto maior a agitação maior a temperatura, e quanto menor a agitação, menor a temperatura. Nesta aula veremos como podemos fazer para obtermos uma medida quantitativa de temperatura.
Variando-se a temperatura, o nível de agitação térmica também varia. Essa variação nem sempre é perceptível a olho nu e para essa medição utiliza-se um instrumento conhecido como termômetro, constituído de um material cuja grandeza termométrica varia regularmente com a temperatura e é perceptível a olho nu.
A escala Kelvin adota como ponto de partida (0 K) o zero absoluto, ou seja, o ponto onde ocorre ausência total de vibração das moléculas. Nesta escala, considerando o nível do mar, o gelo se forma a 273K e a água ferve a 373K . Esta escala é muito usada no meio científico, já que ela pertence ao Sistema Internacional (SI).
Uma outra escala muito utilizada é a escala Fahrenheit. Esta escala foi criada pelo inventor do termômetro de mercúrio, Daniel Gabriel Fahrenheit, por volta de 1714. Essa escala considera o valor de 32ºF para a fusão do gelo e o valor de 212ºF para a vaporização da água. Esta escala é mais usada nos países de língua inglesa, com exceção da Inglaterra, que já adotou o Celsius.
A terceira escala e a mais utilizada por nós brasileiros é a escala Celsius. Foi criada por Anders Celsius, em 1742, sendo a mais comum de todas as escalas termométricas. Essa escala considera o valor de 0ºC para a fusão do gelo e o valor de 100ºC para a vaporização da água.
 Relação entre as escalas termométricas
Como você pode perceber cada uma das três escalas foi definida de uma maneira diferente. No diagrama abaixo notamos que os valores dos pontos de fusão do gelo e da ebulição da água variam conforme a escala adotada, porém os valores representam a mesma temperatura.
 
 
Você sabe como fazer para transformar o valor da temperatura de uma escala para outra? É bem simples. Para isso existe uma equação que pode ser usada para fazer estas conversões e dessa forma podemos transformar ºF em ºC, K  em  ºC  e  ºF  em  K.
                                                   
Agora que você já sabe o que são escalas termométricas, já pode resolver problemas sobre este assunto.
 
  Exemplo
Transforme 20ºC em ºF e em K.
 
  Solução
Utilizando as equações temos:
 Vale uma reflexão
Nessa aula apresento a você três escalas termométricas muito conhecidas e uma relação que permite transformar uma escala na outra. Como podemos obter essas relações através das escalas apresentadas?
 
  Atividade
1) Uma temperatura na escala Fahrenheit é expressa por um número que é o triplo do correspondente na escala Celsius. Essa temperatura é:
 
a)    26,7ºC
b)    53,3ºC
c)    80ºC
d)    90ºC
e)    Nenhuma das anteriores
 
2)    Numa das regiões mais frias do mundo, o termômetro indica -76ºF. Qual será o valor dessa temperatura na escala Celsius?
 
a)    -60
b)    -76
c)    -50,4
d)    -103
e)    +76
Últim
Aula: 03    
Temática: Dilatação Térmica Linear
 Todos os corpos na natureza estão sujeitos à dilatação térmica, uns mais outros menos. Geralmente quando esquentamos algum corpo ou alguma substância, esta tende a aumentar seu volume, e se esfriarmos algum corpo ou substância, esta tende a diminuir seu volume. Para sabermos como isso acontece você irá estudar, nesta aula, sobre a dilatação térmica.
 
 Você sabe dizer por que isso acontece?
Você deve estar lembrado que quando esquentamos alguma substância estamos aumentando a agitação de suas moléculas e isso faz com que elas se afastem umas das outras, aumentando o espaço entre elas. Quando esfriamos uma substância ocorre exatamente o inverso. Diminuímos a agitação internadas mesmas o que faz com que o espaço entre as moléculas diminua, ocasionando uma diminuição do volume do corpo.
Consideremos uma barra qualquer com comprimento inicial L0 quando a temperatura é T0 e com comprimento Lf quando sua temperatura é Tf, sendo que Tf >T0.
Na prática percebemos que cada material se dilata de forma diferenciada e para o cálculo dos valores dessas dilatações definimos o coeficiente médio de dilatação linear (α), no intervalo de temperatura, como a variação relativa de comprimento dividida pela variação de temperatura, sendo a pressão constante:
 Observe, na tabela abaixo, os valores de alguns coeficientes de dilatação para diferentes materiais.
      
Na dilatação linear predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. A unidade do coeficiente de dilatação linear é ºC-1, assim, para o alumínio, por exemplo, temos α = 2,4 x 10-5 ºC-1. Isto significa que 1m de comprimento, aumenta 2,4 x 10-5m quando sua temperatura é elevada 1ºC. A partir do coeficiente de dilatação linear obtemos a relação:
Resposta
O comprimento final do fio de cobre é de aproximadamente 6,004m.
 Pesquisa
Você sabia que podemos aproveitar a dilatação dos sólidos para alguns efeitos, como o pisca-pisca? É verdade. Com a utilização de uma lâmina bimetálica isso é possível. Verifique na página abaixo: www.escola24h.com.br/salaaula/estudos/fisica/212_dilatacao2/pagina_3.htm
 Atividade
1)   Ao colocar um fio de cobre entre dois postes, num dia de verão, um eletricista deve:
a)  Deixá-lo muito esticado.
b)  Deixá-lo pouco esticado.
c)  É indiferente se pouco ou muito esticado.
d)  Nenhuma das anteriores.
 
2)    Duas barras metálicas são tais que a diferença entre seus comprimentos, em qualquer temperatura, é igual a 3 cm. Sendo os coeficientes de dilatação linear médios 15 x 10-6 ºC-1 e 20 x 10-6 ºC-1, determine os comprimentos das barras a 0ºC.
Última
Aula: 04    
Temática: Dilatação térmica superficial
 Na aula anterior estudamos sobre a dilatação térmica linear, nesta aula estudaremos sobre as dilatações térmicas: volumétrica e superficial.
Dilatação Superficial
Qual a diferença da dilatação linear e da dilatação superficial? O que muda quando falamos em dilatação superficial? Quando falamos em dilatação linear falamos em apenas uma dimensão. Agora, falaremos de duas dimensões: largura e comprimento.
Última atualização: quinta, 21 Jul 2016, 18:59
Aula: 06    
Temática: Dilatação térmica dos líquidos
 Nas aulas anteriores estudamos a dilatação dos sólidos. Nesta aula partiremos ao estudo da dilatação dos líquidos.
Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos que não apresentam forma própria têm somente volume definido. Neste caso, o estudo da dilatação térmica dos líquidos é realizado em relação á dilatação volumétrica. Para a realização deste estudo utilizamos a mesma equação para a dilatação volumétrica de um sólido.
Ao estudar a dilatação dos líquidos devemos levar em conta a dilatação do recipiente que o contém. De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos quando sofrem a mesma variação de temperatura.
Abaixo apresentamos uma tabela com os valores de alguns coeficientes de dilatação dos líquidos.
 Para pensar
O que você acha que acontece quando aquecemos um recipiente de vidro completamente cheio de álcool?
No aquecimento do álcool contido no recipiente de vidro, o líquido irá, ao dilatar-se juntamente com o recipiente, ocupar parte da dilatação sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma dilatação a mais, chamada de dilatação aparente.
 Exemplo
Um frasco de vidro contém 400 cm3 de mercúrio a 20ºC. Determinar a dilatação real e a aparente do mercúrio quando a temperatura for 35ºC.
Dados γHg = 0,00018 ºC-1 e γvidro = 0,00003 ºC-1
Verifique a relação γ real = γ ap + γ recipiente neste exemplo que acabamos de resolver!!!
 
  Atividade prática
No site abaixo encontramos uma sugestão de atividade que procura mostrar que quando um material é aquecido ele sofre um aumento de volume, e quando resfriado sofre uma diminuição de volume. Os materiais utilizados são de fácil aquisição. Procure realizar os experimentos sugeridos, os quais têm como objetivo melhorar sua compreensão sobre os conteúdos propostos e oferecer de forma viável atividades práticas em um curso virtual. Acesse nosso banco de textos e mãos à obra!
 
 Atividade
Um frasco de vidro se apresenta completamente cheio com 50cm3 de mercúrio. O conjunto se encontra inicialmente a 28ºC. Determine o volume de mercúrio extravasado quando a temperatura do conjunto for de 48ºC.
Dados: coeficiente de dilatação médio do mercúrio igual a 180 x 10-6 ºC-1 e o coeficiente de dilatação médio do vidro equivale a 9 x 10-6 ºC-1.
Última atualização: quinta, 21 Jul 2016, 19:15
Aula: 08  
Temática: Lei dos Gases ideais I
 Nesta aula iniciaremos o estudo dos Gases. Leia com atenção as idéias e relações apresentadas neste texto para que você possa compreender a Lei geral dos Gases.
Os gases estudados nesta aula são idealizados (Gases Ideais), mesmo porque seria muito difícil se levássemos em conta todos os detalhes referentes a cada gás que existe na natureza. Sendo assim, consideramos as seguintes características para um gás ideal:
-  É formado por muitas partículas em movimento constante e caótico;
-  As partículas que formam o gás são todas idênticas;
-  As forças de atração e repulsão entre as partículas são desprezíveis, elas só interagem entre si quando uma choca-se contra a outra;
-  Os choques entre as partículas são considerados elásticos.
Para você saber caracterizar um gás e resolver a maioria dos problemas que surgirem pela frente relacionados a este tema, é necessário entender e saber trabalhar com três grandezas que são importantíssimas para um gás: a sua TEMPERATURA, o seu VOLUME e a sua PRESSÃO.
Você já deve saber o que significa cada uma destas grandezas, mas não custa nada uma pequena revisão.
-  Temperatura: mede o nível de agitação das partículas do gás (átomos ou moléculas). A unidade usada aqui para esta grandeza, no sistema internacional (SI), é o kelvin (K).
-  Volume: é a medida do espaço tridimensional ocupado pelo gás. A sua unidade, no SI é o m3, mas algumas vezes o litro (l) será utilizado.
-  Pressão: é a medida da força aplicada pelo gás em cada m2 das paredes do recipiente ocupado pelo mesmo.
 Robert Boyle (1627-1691) descobriu que se comprimirmos um gás, mantendo a sua temperatura constante, a pressão aumenta enquanto o volume diminui. Se provocarmos a expansão do gás, mantendo a sua temperatura constante, a pressão diminui enquanto seu volume aumenta. Isso mostra que a pressão de um gás, à temperatura constante, varia inversamente com o volume e que o produto da pressão pelo volume de um gás é uma constante.
Lei de Boyle
PV = constante (temperatura constante)
Charles (1746–1823) e Gay-Lussac (1778-1850) descobriram experimentalmente que a temperatura absoluta é proporcional ao volume de um gás se a pressão for mantida constante. Em densidades baixas o produto PV é quase proporcional à temperatura T:
A constante K é conhecida como a constante de Boltzmann e verifica-se, experimentalmente, que essa constante apresenta o mesmo valor para qualquer gás:
 Exemplo
Qual é o volume ocupado por 1 mol de um gás na temperatura de 0ºC e na pressão de 1 atm?
Última atualização: quinta, 21 J