Hoje, 24 de abril, na aula 21, iniciaremos o estudo da Temperatura e a velocidade média das moléculas de um gás, corresponde a live-17 de introdução à Física sobre Temperatura, escalas termométrica de Celsius, Farenheit e Kelvin.
Será visto que a equação de estado dos gases ideais e uma expressão para a energia cinética média das moléculas de um gás, que pode ser escrita em termos de sua temperatura, o que está de acordo com a definição da temperatura. A energia cinética depende somente da temperatura e vice-versa. Na parte final desta postagem veremos a dilatação térmica linear.
CNTP
Vimos que nas condições Normais de temperatura (T_k=273K) e pressão(P=1atm) (CNTP) o volume de um gás ideal é de V=22,41 litros.
Antes desta live, tiramos as dúvidas do experimento de um carrinho na pista, usando as leis de Newton.
A aula 17-Live de Introdução à Física, ministrada pelo Professor Rafael(RAE-UFCG), aconteceu no dia 30 de novembro de 2020, das 14h às 16h, direto da Serra de Paquivira de Alagoa Grande via satélite.
Mostramos como relacionar uma grandeza microscópica com uma grandeza macroscópica. Calcular a velocidade média das moléculas de um gás ideal em termos da variável de estado macroscópica Temperatura.
A pressão é uma grandeza escalar e definida como sendo a força por unidade de área, ou seja,
P=F/A.
A força F é exercida pelo fluido sobre um sólido dentro dele.
Unidade no SI: 1 Pa(pascal)=1N/m2
Outras unidades úteis:
1atm=760mmHg=101325Pa=1,01 x 105N/ m2
P=F/A.
A força F é exercida pelo fluido sobre um sólido dentro dele.
Unidade no SI: 1 Pa(pascal)=1N/m2
Outras unidades úteis:
1atm=760mmHg=101325Pa=1,01 x 105N/ m2
Lei dos gases ideais define a equação de estado. Esta é uma equação em termos das condições do gás ideal, pressão, temperatura e volume. No modelo de gás ideal, as moléculas não interagem entre si e não interagem com as paredes do recipiente. Elas sofrem choque elástico, ou seja, as suas energias cinéticas se conservam.
O vídeo desta aula, transmitido via satélite, ficou com a imagem trêmula. Mas, ao fazer o resumo da aula os estudantes podem se basear também pelas fotos registradas nessa postagem.
A massa específica ou Densidade absoluta é a massa do sólido por unidade de volume,
𝛒=M/V
Unidade no SI: kg/m3
𝛒=M/V
Unidade no SI: kg/m3
As moléculas dentro do gás ideal estão em movimento com diferentes velocidades. Agora, iremos mostrar a relação entre a grandeza macroscópica da pressão P e as grandezas microscópicas da velocidade média e a massa específica das moléculas. Considere um gás ideal dentro de uma caixa cúbica de de comprimento e L. Neste caso, a massa específica é o produto do número de moléculas N vezes a massa da molécula dividido por L elevado ao cúbico, ou seja,
𝝔= Nm/(L3).
Usando o teorema de equipartição de energia, obtemos a raiz quadrática média das moléculas em termos da temperatura T, constante universal dos gases e da massa molar M= m N_A, com N_A sendo o número de Avogrado, a saber, N_A=6,023 x 1023 moléculas por mol.
Solução
A constante universal dos gases no SI: R=8,31J/mol K, A massa Molar é M=32g/mol. Como a constante universal está em Joules, então devemos transformar a massa molar para o SI:
M=0, 032/mol. Portanto,
v2=3R300/M=(3x8,31x300000)/32=233.718.
Logo, a velocidade será a raiz quadrada desse valor, ou seja, v=483,44 m/s.
Questões do ENEM
ENEM 2010. Questão 46 - caderno amarelo da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias de 2010.
Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática.
Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?
b) Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água.
c) A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela.
d) A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura;
ENEM 2013. Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas:
a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa eb) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente. Termômetro
A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi
a) igual no aquecimento e igual no resfriamento.
b) maior no aquecimento e igual no resfriamento.
c) menor no aquecimento e igual no resfriamento.
d) maior no aquecimento e menor no resfriamento.
e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
Curiosidades na Termometria
Com o avanço da ciência, a cada dia somos surpreendidos com os novos limites alcançados em todas as áreas de pesquisa. E a termometria não foge disso. Para exemplificar, será discutido a seguir o estado da arte de duas curiosidades acerca de termometria e escalas de temperatura.
Microrrefrigerador NIS e Sensor de Borda de Transição (TES).
Em 2008, os pesquisadores do NIST (National Institute of Standards and Technology) conseguiram alcançar a escala dos miliKelvins. Isso foi possível porque eles conseguiram desenvolver o microrrefrigerador NIS (Metal Normal – Isolante – Supercondutor), com o objetivo de resfriar um sensor criogênico (TES) utilizado na análise de defeitos em semicondutores e na pesquisa astronômica.
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