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sexta-feira, 16 de junho de 2023

Aula 24-Instrumentação I, Pressão, Vazão de Fluido e Calor, ministrada pelo Professor Rafael-Live em Caiana dos Crioulos, acontecerá nesta sexta, 16

A equação de Torricelle fornece a velocidade do fluido, na saída do orifício de área a e altura h em relação o topo do recipiente. Note qeu no regime estacionário, na área A da superfície do recipiente, a velocidade é zero.



Na próxima quinta-feira, 24 de Junho, véspera da festa de São João, teremos a aula 25-Instrumentação I baseada na live-17 de introdução à Física sobre Temperatura e Calor, das 10h às 12h. 

 Esta aula 24 é basead na Live de Introdução à Física, ministrada pelo Professor Rafael(RAE-UFCG), aconteceu direto do Quilombo Caiana dos Crioulos de Alagoa Grande.  

No final dessa aula, eu uso um nível para medir a mesma altura de dois pontos na parede, sem usar fita métrica.

Nesta aula, veremos aplicações do princípio de  Arquimedes, em 287 antes de Cisto(aC), deduziremos a equação fundamental da hidrostática, ilustraremos alguns aplicações do conceito de pressão e investigaremos o escoamento de líquido. Consideraremos um fluido incompressível(densidade constante ou massa específica constante) e sem viscosidade(sem atrito). 

Será visto também o conceito de Trabalho Termodinâmico. Este é um dos temas de Física do segundo ano.

O tema principal da aula de hoje será como medir a aceleração da gravidade, usando o escoamento e um fluido incompressível(densidade constante e sem viscosidade(atrito). A água entra em um recipiente por cima e sai por um orifício feito na lateral do recipiente. A área da base do  recipiente é A e a área do orifício cilíndrico é a, sendo que A>>a. Lembre-se que >> significa muito maior do que.





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Experiência de Torricelli, discípulo de Galileu, para medir pela primeira vez a pressão. Até Galileu ainda não era conhecido uma técnica para medir a pressão. Torricelli utilizou um tubo de um metro cheio de mercúrio. No final da experiência, você entenderá porque ele não utilizou a água.

Torricelle usou um tubo cheio de Mercúrio e uma cuba contendo mercúrio também. Ele colocou o dedo na extremidade aberta do tubo e ao colocar na cuba, retirou o dedo. Uma parte do mercúrio passou para a cuba até atingir o equilíbrio eletrostático. Na parte superior fechada, ficou quase no vácuo. Resultando mercúrio somente em uma altura de h=76cm, medida da superfície do mercúrio na cuba. Portanto, a pressão atmosférica(P_atm=𝞺gh) devido a coluna de mercúrio dentro do tubo.

Como a densidade do mercúrio é muito alta,

 𝞺=13,6 x 10^3kg/m^3

(m^3 significa metro cúbico e 10^3 potência de dez a terceira.), bastou utilizar um tubo de 1m de altura. Se fosse a água seria necessário um tubo muito comprido, maior do que um girafa.    A densidade do mercúrio é 13,6 vezes maior do que a densidade da água.

Portanto, utilizando a altura e a aceleração da gravidade no SI: h=76cm=0,760m,  g=9,8m/s^2.

P_atm=𝞺gh=13,6 x 10^3x9,8x0,760=0,760Pa, ou 1atm=76cmHg=760mmHg. 

 Lembre-se que no SI, a unidade de pressão é Pascal(Pa), 1Pa=N/m^2. Um metro tem 10 centímetros e 1cm=10mm.

Lei de Stevin(Século XVII). Teorema fundamental da hidrostática.

Trabalho Termodinâmico






 

 

Esta live  foi transmitida direto da serra de Paquivira via satélite. A qualidade do sinal de transmissão não é boa. Esse é um dos problemas das aulas remotas, nem sempre a qualidade das da imagem é de boa visibilidade e nem sempre os estudantes do interior tem internet de boa qualidade.

Vamos estudar essa semana Calorimetria, Trabalho termodinâmico e as leis da termodinâmica. Iniciaremos a aula de hoje fazendo uma revisão da aula anterior.

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.

O calor sensível está relacionado com a variação de temperatura:

ΔQ=mcΔT,

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 água atinge os 100 graus celsius ela passa do estado líquido para o estado de vapor.

ΔQ=mL.

Unidade: cal/grau celsius 

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 no final desta postagem. 


Texto em Latex.

Segue duas questões 

1)  A água tem um comportamento anômalo entre $0^oC$ e $4^oC,$ obtendo a densidade máxima
quando a temperatura atinge $4^oC?$ Justifique a sua resposta.
b) Calor latente \'e a grandeza Física relacionada à quantidade de calor que uma unidade
de massa de determinada substância deve receber ou ceder para mudar de fase, ou seja, passe
do estado sólido para o estado líquido, do estado líquido para o estado gasoso e vice-versa.
Unidade no SI: $J/kg$ ( Joule por quilograma), caloria por grama $(cal/g)$.
Calcule a quantidade de calor necessária para transformar $80g$ de gelo sob a temperatura
negativa de $-20^oC$ para o estado líquido numa temperatura de $90^oC.$ Lembre-se que o calor
Latente do gelo, calores específicos do gelo e da \'agua, respectivamente,
$ L, c_{gelo}, c_a,$ são dados
por $L = 80\frac{cal}{g^oC}, c_{gelo} = 0,5\frac{cal}{g^oC}, c_a = 1,0\frac{cal}{g^oC}.$


 2) a) Em 1662, o químico e holandês Robert Boyle e, independentemente, em 1676, o físico e biólogo francês Edme Mariotte, observaram que um g\'as sob temperatura constante, a pressão é inversamente proporcional ao volume. Como você faria uma experiência para verificar a lei de Boyle-Mariotte? Desenhe a curva isoterma que representa essa lei. 

b) Utilize a primeira lei da Termodinâmica para relacionar o trabalho termodinâmico, calor e energia interna de um gás nas seguintes transformações isotérmica(Temperatura constante), isobárica(Pressão constante) e isocórica(Volume constante).


Repostas das questões do ENEM, no final desta postagem. ENEM 2010. Letra A. ENEM 2013. Resposta E.



Q 44) Um cubo de gelo de 10 g a − 10 o^C é colocado num lago que está a  15 o^C. Calcule a variação de entropia do  sistema quando o cubo de gelo atingir o equilíbrio térmico com o lago. O calor específico do gelo é 0,50 cal/g.o^C.
. ( Sugestão: O cubo de gelo afetará a temperatura do lago?) 

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