sexta-feira, 12 de setembro de 2025

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=100oCTK= 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.

Solução
Dado: TC=30 oC.
Então, 
TF=(9/5)TC+32=(9x30/5+32)F=(9x6+32)F=(54+32)F=  86F

TK=TC+273=(30+273)K=303K

Respostas:  TK=303K  e  TF =865F.

Calorimetria e Escoamento de Líquido.


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.

Leia mais


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+Q2Q3Q4= 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, 

https://rafaelrag.blogspot.com/2021/11/energia-e-introducao-fisica-termica-no.html#more

Resoluções de questões de Física do ENEM, no blog ciências e educação. 

https://rafaelrag.blogspot.com/2014/11/fisica-o-enem-2012-questoes-e-solucoes.html?m=1


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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 

(msignifica 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.

Arquimedes viveu em uma colônia Grega, em Siracusa, em Sicília, na Itália. Ele inventou a alavanca. Quando foi desafiado pelo rei de Cicília, para saber se a sua corroa era de ouro ou falsa.  https://rafaelrag.blogspot.com/2025/08/aula-26-instrumentacao-i-projeto-xi.html


Blog rafaelrag


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