PET 3 - 2° ANO FÍSICA

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PLANO DE ESTUDO TUTORADO
SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO DE MINAS GERAIS
SEMANA 1
EIXO TEMÁTICO: 
II. Transferência, Transformação e Conservação da Energia.
TEMA/TÓPICO: 
13. Trabalho e Calor.
HABILIDADE(S): 
13.1 Aplicar o conceito de energia e suas propriedades para compreender situações envolvendo aquecimento 
de um corpo por meio de trabalho.
13.1.3 Compreender que a aplicação de uma força em um corpo, realizando um trabalho, pode produzir aque-
cimento, como, por exemplo: atritando dois corpos, comprimindo o ar numa bomba, etc.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Gás ideal – Conversão de energia em um sistema.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.
TEMA: Trabalho e calor I
Querido(a) estudante, nessas duas semanas você vai entender como a energia 
mecânica, através da realização de trabalho de uma força aplicada em um sis-
tema gasoso comprimindo-o, se transforma em energia térmica, aumentando 
a temperatura do sistema. Verificará que o contrário também pode ocorrer. 
Bons estudos!
SISTEMA 
Nas ciências e em especial, na Física, o termo SISTEMA é utilizado para especificar um corpo ou um 
conjunto de corpos escolhidos para estudo e análise. Quando escolhemos um sistema, fixamos nele 
nosso olhar, elaboramos hipóteses, realizamos observações, experimentos e cálculos, analisamos, 
fundamentados por conceitos, teorias e leis preestabelecidos, conseguindo assim reafirmá-los ou 
refutá-los, bem como desenvolver novas teorias e/ou leis.
COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA
ANO DE ESCOLARIDADE: 2º ANO – EM
PET VOLUME: 03/2021
NOME DA ESCOLA:
ESTUDANTE:
TURMA:
BIMESTRE: 3º
NÚMERO DE AULAS POR SEMANA: 
TURNO:
TOTAL DE SEMANAS: 
NÚMERO DE AULAS POR MÊS: 
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GÁS IDEAL - VARIÁVEIS DE ESTADO E TRANSFORMAÇÕES
Na segunda semana do PET 2 de Química você conheceu o que é um gás ideal e quais são as variáveis de 
estado do gás: temperatura (definida pela energia cinética média de vibração das partículas do gás), vo-
lume (definido pelo recipiente que contém o gás) e pressão (definida pelos choques entre as partículas 
e entre partículas e o recipiente que o contém). Aprendeu sobre as transformações gasosas, que ocor-
rem quando as três variáveis de estado do gás são modificadas ou quando são alteradas apenas duas, 
mantendo a terceira constante: transformação isobárica (a pressão é mantida constante), transforma-
ção isotérmica (temperatura constante), transformação isocórica (volume constante, também chamada 
de isométrica ou isovolumétrica).
TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA
Existe ainda outro tipo de transformação gasosa, a TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA. Nessa transforma-
ção, o gás não troca energia na forma de calor com o meio (Q = 0).
EXPERIÊNCIA DE JOULE
James Prescott Joule foi um físico inglês que nasceu no ano de 1818 e que, ao longo de sua vida, realizou 
vários experimentos, alguns deles com o objetivo de demonstrar que a energia mecânica aplicada a 
um sistema se transforma em energia térmica, de igual valor, aumentando assim a temperatura de um 
sistema, sem que haja troca de calor entre o meio externo e o meio interno.
Figura 1: James P. Joule – Disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:James_
Prescott_Joule_(1818-1889),_seated,_facing_right._Phot_Wellcome_L0014118.jpg>. Acesso em: 24 
maio 2021.
Joule construiu um sistema no qual prendeu duas 
massas na extremidade de um fio, conforme mostra 
a figura. Conforme a massa descia, devido à acele-
ração da gravidade, as pás dentro de um calorímetro 
(recipiente que não permite trocas de calor entre o 
meio interno e o meio externo) giravam. 
A energia potencial gravitacional armazenada nas 
massas devido à sua altura se converteu em energia 
cinética nas pás, fazendo com que elas girassem e, 
posteriormente, a energia cinética se converteu em 
energia térmica, na água. 
Joule observou que, após algum tempo, a água con-
tida no calorímetro se aqueceu, aumentando assim 
sua energia interna. A variação de temperatura foi 
observada com o auxílio de um termômetro. Figura 2: Equipamento utilizado por Joule para estabelecer a equivalência entre Joule e Caloria. Disponível em: <https://
mundoeducacao.uol.com.br/fisica/equivalencia-entre-joule-
caloria.htm>. Acesso em 24 maio 2021.
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A energia mecânica devido à força peso se converteu em energia térmica. Como o valor das massas, a 
altura de queda e a quantidade de água dentro do calorímetro eram conhecidas, Joule conseguiu deter-
minar o equivalente mecânico do calor. Segundo Joule:
 1,0 caloria = 4,186 joules
1,0 cal = 4,186 J
PARA SABER MAIS: 
Experiência de Joule – Calor e mudança de fase. Disponível em: <https://www.youtube.com/wat-
ch?v=mxzELgeXJAc>. Acesso em: 24 maio 2021.
O que é energia térmica? Disponível em: <https://pt.khanacademy.org/science/physics/work-an-
d-energy/work-and-energy-tutorial/a/what-is-thermal-energy>. Acesso em: 24 maio 2021.
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - (UEM 2007) No famoso experimento de Joule, de 1843, as pás eram movimentadas por pesos que 
caíam de uma certa altura. Sobre esse experimento, assinale a alternativa correta.
a) Os pesos forneciam energia potencial às pás.
b) A energia potencial gravitacional é transformada em energia térmica.
c) À medida que os pesos caem, a energia térmica decai, segundo a lei do inverso do quadrado da 
altura.
d) A energia potencial gravitacional gera um momento de força nas moléculas de água.
e) A energia rotacional é sempre igual à energia cinética de movimento. 
2 - No experimento de Joule, ocorreram várias transformações de energia. Cite os tipos de energia 
envolvidos nesse experimento e as conversões de energia verificadas por ele:
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3 - Algumas esferas de aço são inseridas dentro de um cilindro hermeticamente fechado, feito de um 
material isolante térmico, que não permite trocas de calor entre o meio interno e o meio externo. O cilindro 
é virado, provocando uma queda nas esferas. Esse episódio se repete por várias vezes consecutivas. 
Após algum tempo verifica-se que a temperatura das esferas _______________________. Isso se dá 
porque as esferas _______________ energia com o meio na forma de calor e a energia _________________ 
das esferas se transformou em energia __________________.
Assinale a alternativa que completa corretamente a afirmativa acima.
a) aumenta / trocam / mecânica / térmica.
b) aumenta / não trocam / térmica / mecânica.
c) aumenta / não trocam / mecânica / térmica.
d) diminui / trocam / térmica / mecânica.
e) diminui / não trocam / mecânica / térmica.
4 - Segundo a OMS (Organização Mundial de Saúde), um ser humano adulto deve consumir diariamente 
2500 kcal para que o seu organismo funcione bem. Sabendo que 1 kcal equivale a 1000 cal e considerando 
1,0 cal = 4,2 J, calcule a quantidade de energia, em joules, que deve ser ingerida diariamente para que 
o organismo de um adulto funcione bem. (Deixe todos os seus cálculos na resposta enviada para o seu 
professor).
REFERÊNCIAS:
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
GONÇALVES FILHO, A. TOSCANO, C. Física: interação e tecnologia. Volume 2, 2ª Ed. São Paulo: Leya, 
2016. 
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
SILVA, Domiciano Correa Marques da. Equivalência entre joule e caloria. Disponível em: <https://
mundoeducacao.uol.com.br/fisica/equivalencia-entre-joule-caloria.htm>. Acesso em: 21 mai. 2021.
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SEMANA 2
EIXO TEMÁTICO: 
II. Transferência, Transformação e Conservação da Energia.
TEMA/TÓPICO: 
13. Trabalho e Calor.
HABILIDADE(S): 
13.1 Aplicar o conceito de energia e suas propriedades para compreender situações envolvendo aquecimento 
de um corpo por meio de trabalho.
13.1.4 Compreender que um corpo pode ser aquecido por dois processos: fornecendo calor a ele ou reali-
zando trabalho sobre o corpo.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Trabalho realizado por um gás – Energia interna.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.TEMA: Trabalho e calor II
Querido(a) estudante, nesta semana você vai relacionar o trabalho realizado por uma força com o trabalho 
realizado em uma expansão e compressão gasosa. Vai compreender, também, que um corpo pode variar a 
sua temperatura quando troca energia com o meio e/ou quando há realização de trabalho. Bons estudos!
TRABALHO REALIZADO POR UM GÁS 
Consideremos uma massa de gás ideal confinado em um cilindro com um êmbolo móvel. O gás se en-
contra em um estado inicial i, com um volume inicial Vi, uma temperatura inicial Ti e uma pressão inicial 
p. Devido à sua pressão, o gás exerce uma força F sobre o êmbolo móvel de área A, que se desloca da 
posição inicial i até a posição final f, percorrendo uma distância d. Ocorreu então uma expansão do gás, 
cujo volume final passou a ser Vf. Se a pressão p do gás permanecer constante, teremos então uma 
transformação isobárica e a força F será constante durante a expansão e tem mesma direção e mesmo 
sentido que o deslocamento do êmbolo. Sabemos que o trabalho T, realizado pela força F é:
T = F . d
como: p = F / A , então: F = p . A
substituindo, temos: T = p . A . d
sendo A . d o volume deslocado ΔV pelo êmbolo devido 
à força F e ΔV = Vf – Vi
então, o trabalho realizado pelo gás ao sofrer uma va-
riação no seu volume, sob pressão constante é deter-
minado por:
T = p . ( Vf – Vi)
A unidade de trabalho no SI (Sistema Internacional de 
Unidades) é o joule, cujo símbolo é J.
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EXPANSÃO E COMPRESSÃO ISOBÁRICAS
- Expansão isobárica - Quando o volume do gás aumenta, o volume final é maior que o volume inicial (Vf 
> Vi), a variação de volume é positiva (ΔV > 0), o trabalho é positivo (T > 0). Dizemos que o gás realiza 
trabalho sobre o meio.
- Compressão isobárica - Quando o volume do gás diminui, o volume final é menor que o volume inicial 
(Vf < Vi), a variação de volume é negativa (ΔV < 0), o trabalho é negativo (T < 0). Dizemos que o meio 
realiza trabalho sobre o gás.
- Se o volume do sistema se mantém constante (transformação isovolumétrica), volume final é igual ao 
volume inicial (Vf = Vi), não há variação de volume (ΔV = 0), o trabalho será zero (T = 0). Não há realização 
de trabalho.
Vamos ver como se faz:
EXEMPLO: Considere uma massa gasosa de pressão p = 5 atm confinada em um cilindro com êmbolo 
móvel de área A = 8 cm² e volume 300 cm³. O gás ideal sofre uma transformação isobárica e seu volume 
passa a ser de 700 cm³. Sabendo que 1 cm² = 10-4 m², 1 cm³ = 10-6 m³ e que 1 atm = 105 N/m², calcule:
a) o trabalho realizado por esse gás (em joules);
b) a força, constante, exercida sobre o êmbolo;
c) o gás realizou trabalho sobre o meio ou o meio realizou trabalho sobre o gás?
Resolução:
a) Extraindo os dados do problema e fazendo as conversões de unidades necessárias:
p = 5 atm = 5 . 105 N/m² Vi = 300 cm³ = 300 . 10
-6 m³ Vf = 700 cm³ = 700 . 10
-6 m³
T = p . (Vf – Vi)
T = 5 . 105 . (700 . 10-6 - 300 . 10-6)
T = 5 . 105 . 400 . 10-6
T = 2000 . 10-1
T = 200 J
b) Extraindo os dados do problema e fazendo as con-
versões de unidades necessárias:
p = 5 atm = 5 . 105 N/m² A = 8 cm² = 8 . 10-4 m²
p = F / A
F = p . A
F = 5 . 105 . 8 . 10-4 
F = 40 . 101 
F = 400 N
c) Como o volume final é maior que o volume final, ocorreu uma expansão e o gás realizou trabalho 
sobre o meio.
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VARIAÇÃO DA ENERGIA INTERNA DO GÁS 
A energia interna (U) de um sistema ou de um corpo está ligada à soma das energias das partículas que 
constituem esse sistema. Quando um sistema sofre uma transformação indo de um estado inicial i, com 
uma energia interna Ui, para um estado final f, passa a ter uma energia interna Uf. 
A variação da energia interna do sistema é dada por:
ΔU = Uf – Ui
A unidade de energia interna no SI é o joule, cujo símbolo é J.
Figura 3: A figura mostra um cilindro com gás em seu interior que está sendo submetido a uma variação de temperatura. Disponível em: 
<https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/trabalho-um-gas.htm>. Acesso em: 24 maio 2021.
Observações:
- Se a energia interna final é maior que a energia interna inicial (Uf > Ui), a variação da energia interna é 
positiva (ΔU > 0), a temperatura do sistema aumenta.
- Se a energia interna final é menor que a energia interna inicial (Uf < Ui), a variação da energia interna é 
negativa (ΔU < 0), a temperatura do sistema diminui.
- Em uma transformação isotérmica não há variação da energia interna (ΔU = 0).
PARA SABER MAIS: 
Trabalho de um gás. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=-YGHs3J9IZM>. Acesso 
em 24 maio 2021.
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - Certo gás sofreu uma expansão sob pressão constante igual a 4,0 . 106 N/m², deslocando o pistão, 
cuja área é de 9,0 cm², variando seu volume de 500 cm³ para 800 cm³.
Sabendo que: 1 cm³ = 1 . 10–6 m³, 1 cm² = 1 . 10–4 m² e 1 cm = 1 . 10–2 m, responda:
a) Qual é o valor da força exercida pelo gás sobre o pistão?
b) Qual é o trabalho realizado nessa expansão?
c) O gás realizou trabalho sobre o meio ou o meio realizou trabalho sobre o gás? Justifique.
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2 - Um gás ideal sofre uma expansão isobárica, variando seu volume de 2 m³ até 5 m³. Se o trabalho 
realizado no processo foi de 30 J, a pressão mantida constante, em N/m², foi de:
a) 10. b) 12. c) 14. d) 16. e) 18.
3 - Considere uma massa gasosa de pressão p = 3 atm confinada em um cilindro com êmbolo móvel de 
área A = 5 cm² e volume 900 cm³. O gás ideal sofre uma transformação isobárica e seu volume passa a 
ser de 600 cm³. Sabendo que 1 cm² = 10–4 m², 1 cm³ = 10–6 m³ e que 1 atm = 105 N/m², calcule:
a) o trabalho realizado por esse gás (em joules);
b) a força, constante, exercida sobre o êmbolo;
c) o gás realizou trabalho sobre o meio ou o meio realizou trabalho sobre o gás? Justifique.
4 - Um gás ideal sofreu uma transformação e sua energia interna variou de 400 cal para 700 cal. O que 
aconteceu com a temperatura desse gás? Justifique.
REFERÊNCIAS:
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
GONÇALVES FILHO, A. TOSCANO, C. Física: interação e tecnologia. Volume 2, 2ª Ed. São Paulo: Leya, 
2016. 
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
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SEMANA 3
EIXO TEMÁTICO:
III. Energia – Aplicações.
TEMA/TÓPICO: 
19. Primeiro princípio da termodinâmica.
HABILIDADE(S): 
19.1 Saber calcular a energia transferida por realização de trabalho e/ou por troca de calor.
19.1.1 Compreender o primeiro princípio da termodinâmica: a quantidade de calor fornecida a um sistema é 
igual ao trabalho que ele realiza mais a variação de sua energia interna.
19.1.2 Compreender que o Primeiro Princípio da Termodinâmica expressa quantitativamente a Lei de Conser-
vação da Energia.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Primeiro Princípio da Termodinâmica.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.
TEMA: Primeiro Princípio da Termodinâmica I
Querido(a) estudante, nesta semana você vai conhecer a primeira lei 
da termodinâmica, compreender a relação entre trabalho, energia 
interna e troca de calor em um gás ideal. Bons estudos!
QUANTIDADE DE CALOR 
No PET 2 de Física, você entendeu como se calcula a quantidade de 
calor Q trocada entre dois ou mais corpos para que ocorra variação 
na temperatura (quantidade de calor sensível) ou para que ocorra a 
mudança de fase (quantidade de calor latente). A unidade de quan-
tidade de calor no SI (Sistema Internacional de Unidades) é o joule, 
cujo símbolo é J.
Em uma transformação gasosa:
- Se o sistema recebe calor do meio externo, a quantidade de calor é positiva (Q > 0).
- Se o sistema cede calor para o meio externo, a quantidade de calor é negativa (Q < 0).
- Se o sistema não troca calor com o meio externo, a quantidade de calor é igual a zero (Q = 0), ocorrendo 
assim a transformação adiabática.
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1ª LEI DA TERMODINÂMICA(CONSERVAÇÃO DA ENERGIA)
A quantidade de energia na forma de calor (Q) trocada entre o sistema e 
o meio pode ser utilizada para variar a energia interna do sistema (ΔU) e 
realizar trabalho (T):
Q = ΔU + T
 
Figura 4 – 1ª Lei da Termodinâmica. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:First_law_of_Thermodynamics.jpg
EXEMPLO 1: Um gás ideal recebe 800 J de energia do meio externo, seu volume aumenta e sua energia 
interna passa de 7000 J para 7500 J. 
a) Calcule a variação da energia interna do gás.
b) A temperatura do gás aumentou ou diminuiu?
c) O gás realizou trabalho sobre o meio ou o meio realizou trabalho sobre o gás? Calcule esse trabalho.
Resolução:
a) Extraindo os dados do problema: Ui = 7000 J Uf = 7500 J
ΔU = Uf – Ui 
ΔU = 7500 – 7000
ΔU = 500 J
b) Como a energia interna aumentou, a temperatura do gás aumentou.
c) Extraindo os dados do problema: Q = 800 J ΔU = 500 J
Q = ΔU + T
T = Q – ΔU
T = 800 – 500
T = 300 J
Como o trabalho é positivo, o volume aumentou, o gás realizou trabalho sobre o meio.
EXEMPLO 2: Um gás ideal absorve 350 J de energia do meio externo e um trabalho de 400 J é realizado 
sobre ele. 
a) Calcule a variação da energia interna do gás.
b) A temperatura do gás aumentou ou diminuiu?
c) O volume do gás aumentou ou diminuiu?
Resolução:
a) Extraindo os dados do problema: Q = 350 J T = – 400 J (observe que o trabalho nesse caso é negativo)
Q = ΔU + T
ΔU = Q – T
ΔU = 350 – (– 400)
ΔU = 350 + 400
ΔU = 750 J
105
b) Como a variação da energia interna é positiva, a energia interna aumentou, portanto a temperatura 
do gás aumentou.
c) Como o meio realizou trabalho sobre o gás, o trabalho é negativo, portanto, o volume do gás diminuiu.
EXEMPLO 3: Em uma transformação adiabática, é realizado 600 J de trabalho sobre um gás ideal. 
a) Calcule a quantidade de calor trocada entre o gás e o meio.
b) Calcule a variação da energia interna do gás.
c) A temperatura do gás aumentou ou diminuiu?
d) O volume do gás aumentou ou diminuiu?
e) Explique o que acontece nessa transformação gasosa.
Resolução:
a) Como a transformação é adiabática, não há troca de calor entre o gás e o meio, logo Q = 0.
b) Extraindo os dados do problema: T = – 600 J Q = 0 
Q = ΔU + T
ΔU = Q – T
ΔU = 0 – (– 600)
ΔU = 600 J
c) Como a variação da energia interna é positiva, a energia interna aumentou, portanto, a temperatu-
ra do gás aumentou.
d) Como o meio realizou trabalho sobre o gás, o trabalho é negativo, portanto, o volume do gás dimi-
nuiu.
e) O sistema realizou trabalho sobre o gás, como o gás não perdeu energia na forma de calor para o 
meio, toda a energia recebida na forma de trabalho foi utilizada para aumentar a energia interna do 
gás e sua temperatura aumentou.
 
PARA SABER MAIS: 
A primeira lei da termodinâmica explicada. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?-
v=U_2AJc1mcas>. Acesso em: 24 maio 2021.
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - Um sistema adiabático é aquele em que:
a) a temperatura permanece constante.
b) a temperatura e o volume permanecem constantes.
c) não há trocas de calor entre o sistema e o meio. 
d) há trocas de calor entre o sistema e o meio.
e) não realiza trabalho.
106
2 - (Acafe 2017) Considere o caso abaixo e responda: Qual é a transformação sofrida 
pelo gás ao sair do spray?
As pessoas com asma, geralmente, utilizam broncodilatadores em forma de spray ou 
mais conhecidos como bombinhas de asma. Esses, por sua vez, precisam ser agitados 
antes da inalação para que a medicação seja diluída nos gases do aerossol, garantindo 
sua homogeneidade e uniformidade na hora da aplicação.
Podemos considerar o gás que sai do aerossol como sendo um gás ideal, logo, sofre 
certa transformação em sua saída. 
a) O gás sofre uma compressão adiabática. b) O gás sofre uma expansão adiabática. 
c) O gás sofre uma expansão isotérmica. d) O gás sofre uma compressão isotérmica.
e) O gás sofre uma expansão isovolumétrica.
3 - Um sistema contendo uma massa de gás ideal recebe 600 cal de energia, na forma de calor, e realiza 
um trabalho de 420 J. Sabendo-se que 1,0 cal = 4,2 J, qual é, em calorias, sua variação da energia interna?
4 - Numa transformação isobárica um gás, sob pressão de 100 N/m², aumentou seu volume de 0,2 m³ 
para 0,8 m³. Durante esse processo o gás recebeu 850 J de calor do ambiente. Determine:
a) O trabalho realizado pelo gás.
b) A variação de energia interna do gás.
c) A temperatura do gás aumentou, diminuiu ou permaneceu constante? Justifique.
REFERÊNCIAS:
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
GONÇALVES FILHO, A. TOSCANO, C. Física: interação e tecnologia. Volume 2, 2ª Ed. São Paulo: Leya, 
2016. 
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
107
SEMANA 4
EIXO TEMÁTICO: 
III. Energia – Aplicações.
TEMA/TÓPICO: 
19. Primeiro princípio da termodinâmica.
HABILIDADE(S): 
19.1 Saber calcular a energia transferida por realização de trabalho e/ou por troca de calor.
19.1.3 Saber aplicar o Primeiro Princípio da Termodinâmica para resolver problemas envolvendo calor, traba-
lho e energia interna de um sistema.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Primeiro Princípio da Termodinâmica.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.
TEMA: Primeiro Princípio da Termodinâmica II
Querido(a) estudante, nesta semana você vai analisar a primeira lei da termodinâmica, identificar as 
transformações adiabática, isovolumétrica e isotérmica, reconhecer a conservação da energia e resol-
ver problemas envolvendo calor, trabalho e energia interna de um sistema. Bons estudos!
ANALISANDO A 1ª LEI DA TERMODINÂMICA (CONSERVAÇÃO DA ENERGIA)
Segundo a primeira lei da termodinâmica: 
Q = ΔU + T
TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA: 
Q = 0 → Q = ΔU + T
 0 = ΔU + T
ΔU = –T
- Em uma expansão adiabática, o gás utiliza sua energia interna para realizar trabalho sobre o meio, 
reduzindo então sua energia interna. O volume do gás aumenta e sua temperatura diminui.
- Em uma compressão adiabática, o gás recebe trabalho do meio para aumentar sua energia interna. O 
volume do gás diminui e sua temperatura aumenta.
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA: 
ΔU = 0 → Q = ΔU + T
 Q = 0 + T
Q = T
 
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- Em uma expansão isotérmica, o gás utiliza a energia recebida do meio na forma de calor para realizar 
trabalho. O gás recebe energia e seu volume aumenta.
- Em uma compressão isotérmica, o gás recebe trabalho do meio e libera essa energia na forma de ca-
lor. O volume do gás diminui e ele perde energia.
TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA: 
T = 0 → Q = ΔU + TOP
 Q = ΔU + 0
Q = ΔU
Em uma transformação isovolumétrica, o gás utiliza a energia trocada com o meio na forma de calor 
para variar sua energia interna:
- Quando o gás recebe energia e sua temperatura aumenta e quando o gás libera energia e sua tempe-
ratura diminui.
OBSERVANDO EFEITOS DA TERMODINÂMICA NO DIA-A-DIA:
BOMBA DE BICICLETA
Ao utilizarmos uma bomba para encher o pneu de uma bicicle-
ta, aplicamos sobre ela uma força e realizamos trabalho sobre 
o gás, comprimindo-o. A força aplicada fornece energia para 
o gás realizando trabalho. O trabalho realizado sobre o gás au-
menta sua energia interna e, por consequência, sua tempera-
tura. Como o “bombeamento” é feito rapidamente, o gás pre-
sente dentro da bomba não perde calor para o ambiente. Após 
repetirmos o processo várias vezes, conseguimos perceber o 
aquecimento desse gás.
DESODORANTE AEROSSOL
Quando um gás comprimido dentro de um tubo de aerossol se expande como, por exemplo, 
dentro de um tubo de desodorante, exerce uma força sobre o ar atmosférico. O gás utiliza 
sua energia interna para exercer essa força sobre o ar, realizando trabalho sobre o meio. A 
energia interna diminui e conseguimos perceber a redução na sua temperatura.
DIFERENÇA DE TEMPERATURA NO LITORAL E EM GRANDES ALTITUDES
O ar no litoral se aquece, expande, suadensidade diminui e ele sobe para as montanhas, ocor-
rendo assim as correntes de convecção. Ao sair de uma região de maior pressão (litoral) e che-
gar em uma região de menor pressão (montanhas), o ar se expande e sua temperatura diminui. 
PARA SABER MAIS: 
O que é o aerossol? Por que ele fica gelado quando agitado? Disponível em:
<https://super.abril.com.br/mundo-estranho/o-que-e-o-aerossol-por-que-ele-fica-gelado-
-quando-agitado/#:~:text=%E2%80%9CPara%20que%20alguma%20subst%C3%A2ncia%20
consiga,de%20S%C3%A3o%20Paulo%20(USP)>. Acesso em: 24 maio 2021.
109
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - Um gás ideal é submetido a uma compressão extremamente rápida, de tal forma que a troca de calor 
com o meio externo é insignificante e pode ser desconsiderada. As afirmações seguintes se referem à 
situação relatada. Assinale a que for correta:
a) O volume do gás aumenta e a pressão diminui.
b) O volume e a pressão do gás diminuem.
c) A temperatura do gás diminui.
d) A energia interna do gás aumenta.
e) Há trabalho realizado pelo gás sobre o meio externo.
2 - A 1ª Lei da termodinâmica pode ser entendida como uma afirmação do princípio da conservação 
de energia. Sua expressão analítica é dada por ΔU = Q – T, onde ΔU corresponde à variação da energia 
interna do sistema, Q a quantidade de calor trocado e T ao trabalho realizado. Baseando-se nessa 
afirmação, um sistema pode receber trabalho sem fornecer ou receber uma quantidade de calor e sua 
energia interna aumentar? Explique.
3 - Suponha que um gás, a volume constante, liberasse 480 cal de calor para a sua vizinhança.
a) Qual o trabalho realizado pelo gás?
b) Qual foi, em calorias, a variação da energia interna do gás?
c) A temperatura do gás aumentou, diminuiu ou não variou? Justifique.
110
4 - Um botijão contém gás sob alta pressão. Ao abrir a válvula desse botijão, o gás escapa rapidamente 
para a atmosfera. Considerando a situação descrita:
a) Explique por que, nessa situação, o processo pode ser considerado adiabático.
b) O trabalho realizado pelo gás foi positivo, negativo ou nulo? Justifique.
c) Durante todo o processo, a temperatura do gás que permanece dentro do botijão aumenta, diminui 
ou permanece a mesma? Justifique.
REFERÊNCIAS:
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
GONÇALVES FILHO, A. TOSCANO, C. Física: interação e tecnologia. Volume 2, 2ª Ed. São Paulo: Leya, 
2016. 
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
O APARENTE paradoxo do ar quente. Disponível em: <https://fep.if.usp.br/~diaadia/Ar%20quen-
te%20sobe.htm#:~:text=Quando%20enchemos%20um%20pneu%20de,a%20bomba%20ap%-
C3%B3s%20algumas%20pressionadas.>. Acesso em: 23 mai. 2021
111
SEMANA 5
EIXO TEMÁTICO:
IV. Som, Luz e Calor.
TEMA/TÓPICO: 
29. Mudanças de Fase.
HABILIDADE(S): 
29.1 Compreender as mudanças de fase da matéria.
29.1.1 Compreender as diferentes fases da matéria do ponto de vista do modelo microscópico.
29.1.3 Resolver problemas envolvendo mudanças de fase.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Estados de agregação da matéria. Mudanças de fase.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.
TEMA: Mudanças de Fase I
Querido(a) estudante, nesta semana você vai identificar os estados de agregação da matéria, reconhe-
cer o que os determina e compreender como ocorrem as mudanças de fase. Bons estudos!
ESTADOS DE AGREGAÇÃO DA MATÉRIA 
Já sabemos que todas as substâncias são compostas de partículas (átomos ou moléculas). Na natureza 
elas se apresentam em três fases, ou estados de agregação: sólido, líquido e gasoso.
Figura 6: Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/mudacas-fases.htm>. Acesso em: 24 maio 2021.
ESTADO SÓLIDO 
No estado sólido o volume da substância é bem definido, as partículas têm baixo grau de liberdade e 
pouca mobilidade, devido à grande força de coesão entre elas e apresentam resistência a deformações. 
A agitação das partículas é verificada devido à sua energia interna, porém elas vibram em torno de uma 
determinada posição de equilíbrio.
112
Figura 7: Disponível em https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Freezing_Rain_on_Tree_Branch.jpg#/media/File:Freezing_Rain_on_
Tree_Branch.jpg>. Acesso em 24 maio 2021.
ESTADO LÍQUIDO
Quando a substância se encontra no estado líquido suas partículas têm maior grau de liberdade e maior 
grau de mobilidade do que no estado sólido. A força de coesão entre elas é menor. O volume é bem de-
finido e sua forma depende do recipiente onde se encontram.
Figura 8: Disponível em https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Estado_liquido.jpg#/media/File:Estado_liquido.jpg>. Acesso em: 24 
maio 2021.
ESTADO GASOSO
No estado gasoso as partículas estão mais agitadas, têm maior mobilidade do que no estado líquido 
devido à pequena força de coesão entre elas. As partículas estão mais afastadas. Sua forma e volume 
são definidas pelo recipiente que as contém.
Figura 9: Disponível em https://static.mundoeducacao.uol.com.br/mundoeducacao/conteudo_legenda/
c674bfed75fedf02a1c0a9ee1053965b.jpg>. Acesso em: 24 maio 2021.
113
MUDANÇAS DE FASE 
Quando uma substância ganha ou perde energia, pode ocorrer a mudança de fase, ou a mudança do 
estado de agregação das suas partículas. Durante a mudança de fase uma substância pura mantém sua 
temperatura constante. 
Figura 10: Disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Imagem_igor.jpg?uselang=pt-br#/media/File:Imagem_igor.jpg>. 
Acesso em: 24 maio 2021.
A SUBSTÂNCIA PERDE ENERGIA: 
– Liquefação → passagem do estado gasoso para o estado líquido.
– Solidificação → passagem do estado líquido para o estado sólido.
– Sublimação → passagem do estado gasoso diretamente para o estado sólido, sem passar pelo estado 
líquido.
A SUBSTÂNCIA GANHA ENERGIA:
– Fusão → passagem do estado sólido para o estado líquido.
– Vaporização → passagem do estado líquido para o estado gasoso.
A vaporização pode ocorrer de três maneiras:
– Evaporação → ocorre de forma lenta, na superfície do líquido, à temperatura abaixo do ponto de 
ebulição. Exemplo: roupa secando no varal, evaporação de uma poça d’água.
– Calefação → ocorre de maneira rápida, à temperatura acima do ponto de ebulição. Exemplo: gota 
de água em uma frigideira quente.
– Ebulição → ocorre quando o líquido está na temperatura de ebulição. Exemplo: água fervendo em 
uma chaleira.
– Sublimação → passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso, sem passar pelo estado 
líquido.
114
PARA SABER MAIS: 
Qual é o estado físico do fogo? Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/o-fo-
go-possui-estado-fisico.htm>. Acesso em: 24 maio 2021.
Tipos de vaporização. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=7IswOkQAEnE>. Aces-
so em: 24 maio 2021.
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - (MED. POUSO ALEGRE - MG) Observe os seguintes fatos:
I - Uma pedra de naftalina deixada no armário.
II - Uma vasilha com água deixada no freezer.
III - Uma vasilha com água deixada no fogo.
IV - O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.
Nesses fatos, estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:
a) I. sublimação, II. solidificação, III. evaporação, IV. fusão;
b) I. sublimação, II. solidificação, III. fusão, IV. evaporação;
c) I. fusão, II. sublimação, III. evaporação, IV. solidificação;
d) I. evaporação, II. solidificação, III. fusão, IV. sublimação;
e) I. evaporação, II. sublimação, III. fusão, IV. solidificação. 
2 - Observe na tabela a seguir o ponto de ebulição e de fusão de algumas substâncias:
Substância Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C)
Metano –183 –162
Mercúrio –38,8 356,6
Álcool –114 78
Água 0 100
Chumbo 327 1749
Ácido acético 16,6 118
Identifique quais dessas substâncias são encontradas no estado líquido em temperatura ambiente 
(aproximadamente 25°C).
a) Chumbo, metano, água e mercúrio; b) Ácido acético, álcool, mercúrio e água;
c) Metano, álcool, água e mercúrio; d) Álcool, água, metano e chumbo;
e) Ácido acético, metano, chumbo e água.
115
3 - O ponto de fusão do bromo é –7,2 °C, já o seu ponto de ebulição é 58,8 °C. Identifique o estado físico 
dessa substância nas seguintes temperaturas:
a) –30 °C _________________________________ b) 0 °C ___________________________________
c) 35 °C __________________________________ d) 80 °C __________________________________
e) 110 °C _________________________________
REFERÊNCIAS:
BARRETO FILHO, B., SILVA, C. X. Física aula por aula: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª 
Ed. São Paulo: FTD, 2016.
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
FERREIRA, Nathan Augusto. Mudança de estado físico. Disponível em: <https://mundoeducacao.
uol.com.br/fisica/mudanca-estado-fisico.htm>. Acesso em: 25 mai. 2021.
GONÇALVES FILHO, A., TOSCANO, C. Física: interação e tecnologia. Volume 2, 2ª Ed. São Paulo: 
Leya, 2016. 
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
116
SEMANA 6
EIXO TEMÁTICO:
IV. Som, Luz e Calor.
TEMA/TÓPICO: 
29. Mudanças de Fase.
HABILIDADE(S): 
29.1 Compreender as mudanças de fase da matéria.
29.1.4 Saber que a pressão altera os pontos de fusão e ebulição das substâncias.
29.1.5 Compreender o conceito de ponto triplo através dos diagramas de fase.
CONTEÚDOS RELACIONADOS: 
Diagrama de fases.
INTERDISCIPLINARIDADE: 
Química.
TEMA: Mudanças de Fase II
Querido(a) estudante, nesta semana você vai identificar a influência da pressão e da temperatura na mudan-
ça de fases, vai analisar o diagrama de fases de uma substância e reconhecer em que fase ela se encontra.
DIAGRAMA DE FASES 
A fase de uma substância depende da sua temperatura e pressão, bem como das mudanças de fase 
sofridas por ela. O diagrama de fases de uma substância é um gráfico da pressão em função da tem-
peratura (p x T), específico de cada substância. No diagrama de fases podemos ver em que fase estará 
cada substância conhecendo sua temperatura e pressão. 
Figura 11: Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/ponto-triplo-da-agua.htm>. Acesso em: 25 maio 2021.
117
Determinadas combinações de pressão e temperatura favorecem a existência simultânea de dois ou 
três estados físicos. 
– Curva de fusão → Coexistem os estados líquido e sólido.
– Curva de vaporização → Coexistem os estados líquido e vapor.
– Curva de sublimação → Coexistem os estados sólido e vapor.
– Ponto triplo (ou ponto tríplice) → Coexistem os três estados: sólido líquido e vapor.
PONTO CRÍTICO 
No ponto crítico a substância tem sua temperatura crítica. Acima da temperatura crítica a substância 
está na forma de gás e não é capaz de passar para o estado líquido apenas com o aumento de pressão, 
sem alterar sua temperatura.
Figura 12: Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/ponto-triplo-da-agua.htm>. Acesso em: 25 maio 2021.
DIAGRAMA DE FASES DA ÁGUA 
A água é uma substância anômala. Quanto maior for a pressão, menor será seu ponto de fusão.
Figura 13: Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/diagrama-fases.htm>. Acesso em: 25 maio 2021.
118
PARA SABER MAIS: 
Qual é o estado físico do fogo? Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/o-fogo-
-possui-estado-fisico.htm>. Acesso em: 25 maio 2021.
Tipos de vaporização. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=7IswOkQAEnE>. Aces-
so em: 25 maio 2021.
REFERÊNCIAS:
BARRETO FILHO, B., SILVA, C. X. Física aula por aula: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª 
Ed. São Paulo: FTD, 2016
BONJORNO, J. R. Física: termologia, óptica, ondulatória. Volume 2, 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
MÁXIMO, A., ALVARENGA B. Curso de Física. Volume 2, 1ª Ed. São Paulo: Scipione, 2010. 
SILVA, Domiciano Correa Marques da. Diagrama de fases. Disponível em: <https://mundoeducacao.
uol.com.br/fisica/diagrama-fases.htm>. Acesso em: 26 mai. 2021.
ATIVIDADES
Agora é a sua vez de exercitar. Releia o texto, procure outras fontes, mostre o que você aprendeu 
essa semana. 
1 - (Fatec 2003) Considere o diagrama de fases adiante, em que p representa a pressão e θ a temperatura 
absoluta da substância. É correto afirmar que 
a) a curva TC representa a solidificação da substância.
b) acima de θC o sistema é tetrafásico.
c) gás é um estado da substância que se consegue liq-
uefazer por compressão isotérmica.
d) gás é um estado da substância que não pode se tor-
nar líquido por compressão isotérmica.
e) no diagrama está representada uma isoterma.
2 - (UFPR 2017) Entre as grandezas físicas que influenciam os estados físicos das substâncias, estão 
o volume, a temperatura e a pressão. O gráfico a seguir representa o comportamento da água com 
relação aos estados físicos que ela pode ter. Nesse gráfico é possível representar os estados físicos 
sólido, líquido e gasoso.
Assinale a alternativa que apresenta as grandezas físicas correspon-
dentes aos eixos das abscissas e das ordenadas, respectivamente.
a) Pressão e volume. b) Volume e temperatura.
c) Volume e pressão. d) Temperatura e pressão.
e) Temperatura e volume.
119
3 - (Ufu 2017) A água, substância comum e indispensável à nossa sobrevivência, em condições 
cotidianas normais, pode se apresentar em três estados físicos diferentes: sólido, líquido e vapor. A 
figura representa de forma simplificada, e fora de escala, o diagrama de fases da água, com os eixos 
representando temperatura e pressão. As linhas do diagrama representam a pressão de mudança de 
fase em função da temperatura. Com base no diagrama de fases explique, do ponto de vista da Física, 
como a panela de pressão consegue cozinhar alimentos mais rapidamente quando comparada a uma 
panela comum. 
PARABÉNS!
Você está terminando mais uma etapa letiva.
Com seu esforço e determinação seus estudos tiveram continuidade. 
Até o próximo PET.