Teremos aula do reforço GEMAG, com dicas de redação, matemática e Física, nesse domingo, 7, às 8:30h, na escola quilombola Firmo Santino da Silva, em Caiana dos Crioulos de Alagoa Grande-PB.
Temperatura
Você já viu que a temperatura é medida com um termômetro. Do ponto de vista da física moderna, podemos definir a temperatura como sendo a grandeza Física que mede o grau de agitação interna dos constituintes internos da matéria. No caso de um fluido(líquido ou gás) são as moléculas. Nos sólidos, a temperatura mede o aumento da energia cinética das vibrações dos átomos na rede cristalina.
Os pontos e fusão e vaporização das escalas termométricas medidas em graus Celsius(T_C), Farenheit(T_F) e kelvim(T_K).
Pontos de Fusão: T_C=0, T_K= 273 e T_F=32F.
Pontos de ebolição ou vaporização: T_C=100oC, T_K= 373K e T_F=212F
Veja a comparação das 3 escalas termométricas.
Comparando as 3 escalas termométricas, obtemos:
T_F=(9/5)T_C+32
T_K=T_C+273
Exemplo: determine a temperatura no quilombo Caiana dos Crioulos, em graus Kelvin e Farenheit, sabendo que o termômetro está indicando 30oC (graus Celsius) ou centrigados.
Solução
Dado: T_C=30oC.
Então,
T_F=(9/5)T_C+32=(9x30/5+32)F=(9x6+32)F=(54+32)F= 86F
T_K=T_C+273=(30+273)K=303K
Respostas: T_K=303K e T_F=865F.
Calorimetria.
Calor é energia em trânsito, partindo de um corpo com temperatura maior para outro corpo com temperatura menor. Quanto atingir o equilíbrio térmico o calor cessa. A unidade de calor mais usada é a caloria(cal), que está relacionada com joule(J) por 1cal=4,18J.
A capacidade térmica, C, não significa que o corpo absorve uma quantidade de calor. C é a variação de energia térmica de um corpo para aumentar a temperatura em um grau do corpo.
C=∆Q/∆T
∆Q⇾Variação de calor sensível ocorre a volume constante ou a pressão constante, sob uma variação da temperatura ∆T.
∆T⇾variação de temperatura, isto é, ∆T= temperatura final subtraída da temperatura inicial.
Leia mais
Comparando ambos conceitos. É errado dizer que você está com muito calor se a temperatura está alta.
Unidade: cal/goC
Portanto, o calor sensível torna-se:
Resumo das escalas Termométricas
Portanto, o calor sensível está relacionado com a variação de temperatura através da equação fundamental da calorimetria:
ΔQ=mcΔT,
Com m sendo a massa da substância, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.
O calor Latente L é aquele necessário para uma certa substância sofrer uma mudança de fase, por exemplo, quando a água atinge os 100 graus celsius ela passa do estado líquido para o estado de vapor, sem mudar a sua temperatura.
ΔQ=mL.
Unidade: cal/oC(cal por grau celsius)
A equação de estado dos gases ideais,
A lei dos gases ideais define a equação de estado, que é governada pela seguinte equação:
PV=NKT
Com P-pressão, N-número de partículas, K a constante de Boltzmann. e T a temperatura.
O número de moles n é definido por
n=N/N_A
Com N_A=número de Avogrado
N_A=6,022x1023
A constante de Boltzmann em termos da constante universal dos gases R
R=N_AK ⇔ K=R/N_A
Portanto,
PV=NKT=nN_AKT=nRT ⇔
PV=nRT.
Esta é uma equação em termos das condições do gás ideal, pressão, temperatura e volume. No modelo de um gás ideal, as moléculas não interagem entre si e não interagem com as paredes do recipiente. Elas sofrem choquem elásticos, ou seja, as suas energias cinéticas se conservam.
Veja uma expressão para a energia cinética média das N moléculas de um gás, em termos de sua temperatura,
E_c=3NKT/2,
o que está de acordo com a definição da temperatura, que a energia cinética depende somente da temperatura e vice-versa.
CNTP
Vimos que as condições Normais de temperatura (T_k=273K) e pressão(P=1atm) (CNTP) o volume é de V=22,41 litros.
Calor Latente e calor sensível
A calor latente de vaporizaçã(Entalpia) da água é a quantidade de calor necessária, a temperturaa onstante, para alterar um grama de uma substânia do estado líquido para o estdo de vapor.
O calor latente de condensação da água é a quantidade de calor necessária, paraa ela passar do estado e vapor para o estsado líquido.
Calor latente de vaporização da água
L_v=540cal/g.
Calor latente de condensação da água
L_c=-540 cal/g.
Calor latente de fusão do gelo
L_f=80cal/g.
A relação entre da unidade calor no sistema de unidade internacional de medida, 1cal =4,18 J.
Exemplo. Quanto calor é necessário para transformar 1,5kg de gelo, a temperatura de -20oC (graus celsius) e pressão de 1atm para vapor? Com o calor latente de vaporização L_V=2257KJ/kg.
Solução.
Devemos ceder uma quantidade de energia térmica, calor sensível, Q_1=mc∆T, para elevar a temperatura a zero graus celsius, em seguida ocorre uma mudança de fase do estado sólido em líquido, a energia térmica é cedida, em forma de calor latente de fusão, Q_2=mL_f.
Continuando a ceder energia térmica, em forma de calor sensível, Q_3=mc∆T, até a temperatura chegar a 100 oC(temperatura constante na vaporização). Por último, ocorre a mudança de fase do estado líquido para o estado de vapor, Q_4=mL_v.
Dados:
Massa m=1,5kg
Calor específico do gelo, c_gelo=2,05kJ/kg.K
Q_1=mc∆T=1,5kgx2,05kJ/kgx20K=61,5kJ=0,0615MJ
L_f=333,5KJ/kg
Q_2=mL_f=1,5kgx333,5kJ/kg=500KJ=0,500MJ
∆T=(100-0)K=100K
Calor específico da água, c_água=1cal/goC=4,18kJ/kg.K, lembre-se 1g=kg/1000.
Q_3=mc∆T=1,5kgx4,18(kJ/kgK)x100K=627kJ=0,627MJ
L_V=2257kJ/kg=2257x1000 J/kg=2,257MJ/kg=2,26MJ/kg.
Então,
Q_4=mL_v=1,5kgx2,26MJ/kg=3,39MJ
A resposta desta questão será a soma das 4 parcelas de energia térmica, ou seja:
Q=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4= 4,6 MJ.
Note que, usamos a relação 1M=1000k.
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?
a) A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo que estiver fervendo.
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 e
b) 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.
Repostas das questões do ENEM final desta postagem.
Trabalho em Mecânica Clássica
O trabalho mecânico foi visto na última aula. Aqui iremos fazer apenas uma aplicação.
Qual a relação entre as unidades de energia Joule e erg?
Trabalho de uma força constante: 𝛕=Fd.
Unidade de trabalho no SI: J.
1J=1Nx1m=105 dyne(dina) x 102cm= 107erg,
ou seja,
1J = 107erg.
Portanto, quando a força for dada em dyne e a distância em cm, a unidade de trabalho é erg.
Considere um bloco de madeira sendo puxado por uma força de intensidade de 35N, sob uma força de atrito de 15N. Qual o trabalho realizado pela força resultante?
Como a força resultante está na direção do deslocamento, o trabalho será simplesmente o produto da força resultante(FR) pela distância percorrida d, ou seja,
𝛕=FRd.
Dados:
F=35N
e Força de atrito é Fat=15N
⇔FR=F-Fat=(35-15)N=20N.
Distância d=6000cm⇔d=60m.
Portanto, o trabalho da força resultante torna-se:
𝛕=FRd=20x60J=1200J.
Energia Mecânica
No ensino médio é visto duas formas de energia
1) A energia potencial gravitacional Epg é equivalente ao sistema realizar trabalho, ou seja, ela representa o trabalho realizado pela força peso(P=mg) para deslocar um corpo sob ação da gravidade, deslocando de uma altura h.
Epg=𝛕=Ph=mgh,
com P=mg sendo o peso de um corpo de massa m no campo gravitacional g.
Unidade no SI: J(Joule). 1J = 107erg.
2) A outra forma de energia potencial é a energia potencial elástia Epe . Neste caso, o sistma massa-mola, realiza trabalho, ou seja, ela representa o trabalho realizado pela força elática da lei de Hooke:
F=kx,
a força da mola aumenta com a distância ou elengação da mola, depois de tiradar o sitema do equilibrio e abandonada, ela desloca um corpo de massa M no sentido contrário da elongação, neste caso a componente da força restauradora da mola tem um sinal negativo, ou seja:
Fx=-kx.
A energia potencial elástia é dada por:
Epe =kx2/2 .
O gráfico da energia potencial elástia com Epe na vertical e x na horizontal é uma parábola centrada na origem.
Energia cinética- energia de movimento
Enquanto a equação da energia potencial depende do sistema em estudo. No caso, da energia cinética a equação tem sempre a mesma forma para um corpo de massa m, em movimento, multiplicada pelo quadrado da sua velocidade e dividido por 2.
Atenção! Se a massa for medida em grama e a distância em centímetro, a força será medida em dina e o trabalho em erg. Elas estão relacionadas por
1J=107erg e 1N=105dina, ou seja,
1erg= 10-7J e 1dina = 10-5N
Teorema Trabalho-Energia
No caso de sistema com forças conservativas, o trabalho mecânico é igual ao negativo variação da energia potencial.
𝛕=-∆U=-(Uf-Ui),
com Ep=U, aqui Ui é a energia potencial inicial e Uf é a energia potencial final.
No caso de sistema com forças não-conservativas, o trabalho mecânico é igual a variação da energia cinética, ou seja,
𝛕=∆Ec.
Energia Mecânica
A energia mecânica total é a soma de duas parcelas: energia cinética (Ec) e energia potencial (Epg). Desprezando o atrito, a energia mecânica EM é conservativa, ou seja, a energia potencial se transforma em energia cinética e vice-versa, sem mudar o valor da soma de ambas parcelas.
𝛕=-∆U=∆Ec
então, obtemos:
∆( Ec+ U)=0.
Portanto, a energia mecânica se conserva,
EM=Ec+U
é uma constante de movimento.
Escolhendo dois pontos A e B, podemos escrever a lei de conservação: a energia mecânica total em A é a mesma no ponto B, ou seja,
EM(A) = EM(B),
com
EM(A) = EM(B),
com
EM = Ec + Ep
Exercícios sobre Oscilações
1) Determine a energia potencial elástica de um oscilador massa-mola, baseado em um carrinho com massa de de 200g preso na extremidade de uma mola, com uma constante elástica de 20N/m, oscila em trilho de ar sem atrito, qual a velocidade máxima se amplitude do movimento é de 10cm.
(Na lista de exercício proposto coloquei, x=4cm.)
Solução
Primeiro colocaremos as grandezas física no sistema internacional de medida(SI). Massa: m=200g=0,2kg. Constante elástica: k=20N/m.
Usando a lei de conservação da energia mecânica, quando o carrinho estiver em x=10cm=0,1m, temos somente a energia potencial elástica (Epe) e a energia cinética máxima (Ec) ocorre em x=0. Portanto, Ec=(1/2)mv2=Epe =(1/2)(kA2=(20/2)(0,12)=10/102,
ou seja,
Ec=0,1J(Joule)=106ergs.
Pois,
1J(Joule)=107ergs.
1J(Joule)=107ergs.
Para calcular a velocidade máxima, temos mv2 = kA2
0,2 v2 = 20 x0,12 ------------ v2 = 102 x(1/10)2 =1.
Logo, obtemos a velocidade máxima, v=1m/s.
Observação. Colocando o sistema massa-mola na vertical, no equilíbrio, quando a mola alcançar a deformação máxima, ocorrerá o equilíbrio da força da mola com a força peso, ou seja, F=KA=P=mg.
Neste caso, podemos verificar o valor da constante elástica da mola, usando a aceleração da gravidade local, g=10m/s2. K=mg/A=0,2x10/0,1=2x10, isto é, k=20N/m. Como queríamos verificar.
2) Considere uma mola fixa de constante elástica igual a 80 N/m e um bloco de massa de 20000g. Puxando o bloco preso na outra extremidade da moa mola, observamos o sistema massa-mola executando um movimento harmônico simples. Quais são a frequência e o período de oscilação?
Solução
Massa: m=20000g=20kg.
Acesse o blog ciências e educação, para assistir as aulas ao vivo.
http://rafaelrag.blogspot.com/2020/10/aula-10-de-introducao-fisica-sobre.html?m=1
Reforço GEMAG-grupo de estudo multidisciplinar de Alagoa Grande para o ENEM 2021. Professor Rafael no dia dos servidores públicos, 28 de outubro, ministrou um reforço de Física, com dicas para o ENEM 2021. Leia mais.
Respostas. ENEM 2010. Letra A. ENEM 2013. Resposta E.
Blog rafaelrag
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