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Aula 28 Partes I e II-Instrumentação I- Questões do ENEM sobre temperatura, nesta sexta, 12/09
Aulas 28-Parte I-Instrumentação I-Questões do ENEM sobre 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(TC), Farenheit(TF) e kelvim(TK).
Pontos de Fusão: TC=0, TK= 273K e TF=32F.
Pontos de ebolição ou vaporização: TC=100oC, TK= 373K e TF=212F
Veja a comparação das 3 escalas termométricas.
Comparando as 3 escalas termométricas, obtemos:
TF=(9/5)TC+32
TK=TC+273
Equação de estado do gás ideal e dilatação térmica, clique em
Termômetro na praça de Martins -RN, em frente a paróquia Nossa Senhora da Conceição. Fotos registradas pelo professor Rafael.
Exemplo: determine a temperatura no quilombo Caiana dos Crioulos, em graus Kelvin e Farenheit, sabendo que o termômetro está indicando 30 graus Celsius ou centrígados.
Calor é energia em trânsito, partindo de um corpo com temperatura maior para outro corpo com temperatura menor. Quando 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.
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Comparando ambos conceitos. É errado dizer que você está com muito calor se a temperatura está alta.
O calor específico, c, é capacidade térmica por unidade de massa m, ou seja, c=C/m.
Unidade: cal/goC
Portanto, o calor sensível torna-se:
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(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/NA
Com NA=número de Avogrado
NA=6,022x1023
A constante de Bolztmann em termos da constante universal dos gases R
R=NAK ⇔ K=R/NA
Portanto,
PV=NKT=nNAKT=nRT ⇔ PV=nRT.
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 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,
EC=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 (TK=273K) e pressão(P=1atm) (CNTP) o volume é de V=22,41 litros.
Resumo das escalas Termométricas
Calor Latente e calor sensível
Vamos considerar um exemplo em que o sistema termodinâmico recebe o calor latente de fusão(mudança de estado sólido para liquido) e o calor latente de vaporização(mudança de estado liquido para vapor). Os valores de calor latente de fusão e do calor latente de vaporização são diferentes para uma mesma substância.
O calor latente de vaporização(Entalpia) da água é a quantidade de calor necessária, a temperatura constante, para alterar um grama de uma substância do estado líquido para o estado de vapor.
O calor latente de condensação da água é a quantidade de calor necessária, para ela passar do estado e vapor para o estado líquido.
Calor latente de vaporização da água
LV=540cal/g.
Calor latente de condensação da água
LC=-540 cal/g.
Calor latente de fusão do gelo
LF=80cal/g.
A unidade de 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 LV=2257KJ/kg=2257x1000 J/kg
Solução. Devemos ceder uma quantidade de energia térmica, calor sensível, Q1=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, Q2=mLF.
Continuando a ceder energia térmica, em forma de calor sensível, Q3=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, Q4=mLV
Dados:
Massa m=1,5kg
Calor específico do gelo, cgelo=2,05kJ/kg.K
Q1=mc∆T=1,5kgx2,05kJ/kgx20K=61,5kJ=0,0615MJ
LF =333,5KJ/kg
Q2=mLF=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.
Q3=mc∆T=1,5kgx4,18(kJ/kgK)x100K=627kJ=0,627MJ
LV=2257kJ/kg=2,257MJ/kg=2,26MJ/kg.
Então,
Q4=mLV=1,5kgx2,26MJ/kg=3,39MJ
A resposta desta questão será a soma das 4 parcelas de energia térmica, ou seja:
Q=Q1+Q2+ Q3+ Q4= 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 no final da postagem,
Aula 28-Parte II-Instrumentação I. Aceleração da gravidade, usando o escoamento e um fluido incompressível, 12/09. Continua de a discussão da aula do dia 5/09, na aula 27.
Aula 28 da disciplina de Instrumentação I, baseada na aula ministrada pelo Professor Rafael(RAE-UFCG), que aconteceu direto do Quilombo Caiana dos Crioulos de Alagoa Grande, na aula 16 da disciplina de Introdução à Física do RAE-UFCG, no dia 26-11-2020.
No final da aula anterior, analisamos o princípio de Arquimedes, de 287 antes de Cisto(aC), nesta sexta-feira, 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).
Iniciaremos explicando como encontrar águas subterrâneas, para construir um poço artesiano.
O tema principal da aula de hoje será como medir a aceleração da gravidade, usando o escoamento de 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.
Veja mais
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.
Com a densidade do mercúrio é muito alta, 𝞺=13,6 x 103kg/m3
(m3 significa metro cúbico e 103 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/s2.
P_atm=𝞺gh=13,6 x 103x9,8x0,760=0,760Pa, ou 1atm=76cmHg=760mmHg.
Lembre-se que no SI, a unidade de pressão é Pascal(Pa), 1Pa=N/m2. Um metro tem 10 centímetros.
Lei de Stevin(Século XVII). Teorema fundamental da hidrostática.
Trabalho Termodinâmico
Aula 26- Instrumentação I será sobre como medir a densidade de um solido usando o princípio de Arquimedes e o Empuxo, ministrada pelo professor Rafael Rodrigues, nesta sexta-feira, 29/08. Sendo que está sendo disponível com um pouco de antecedência do horário da aula.
Ok
ResponderExcluirok
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