Foi visto.
Considerando um corpo parcialmente dentro de um fluido. A pressão a uma altura h de profundidade será
P=P0+𝛒gh,
sendo P0 a pressão atmosférica, g a aceleração da gravidade e 𝛒 a densidade. Esta diferença de pressão P-P0 é exatamente a pressão manométrica.
Partindo da lei de Stevin podemos chegar a equação do princípio de Arquimedes.
Multiplicando a lei de Steven pela área A e usando as equações da força F=PA e o volume V=Ah, obtemos:
E=F-F0=𝛒gV,
com E sendo o empuxo, V o volume do líquido deslocado, a força exercida na parte superior do corpo é F0. A força que atua na parte inferior do corpo é F, cuja diferença é exatamente o empuxo.
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. Arquimedes ao tomar banho em uma banheira de um banheiro público, encontrou a solução de medir a densidade da coroa do Rei e saiu gritando nas ruas sem roupa Eureka(encontrei).
Princípio de Arquimedes
O empuxo, a força exercida em todo corpo total ou parcialmente submerso em um líquido, é igual ao peso do líquido deslocado(Pd=mg).
E=Pd=mdg=𝞺dVd g
Com 𝞺d a densidade do líquido deslocado, Vd o volume do líquido deslocado e a aceleração da gravidade local, no SI, g=9,8m/s². Agora iremos propor uma experiência para medir a densidade de um sólido usando o princípio de Aquimedes.
Vídeo
A densidade do mercúrio(Hg) é 13,6 vezes maior do que a densidade da água. Por isso se usa Hg para medir a pressão local, quem mediu pela primeira vez foi Torricelli, o discípulo de Galileu: 1atm=76cmHg=760mmHg, com atm sendo a abreviatura de pressão da atmosfera Terrestre. Note que até Galileu ainda não era conhecido uma técnica de medir a pressão.
Empuxo e o Dinamômetro. Veja o roteiro dessa experiência, clicando em
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= 273 e TF=32.
Pontos de ebolição ou vaporização: TC=100oC, TK= 373 e TF=212
Veja a comparação das 3 escalas termométricas.
Comparando as 3 escalas termométricas, obtemos:
TF=(9/5)TC+32
TK=TC+273
Exemplo: determine a temperatura no quilombo Caiana dos Crioulos, em graus Kelvin e Farenheit, sabendo que o termômetro está indicando 30 graus Celsius ou centrigados.
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.
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.
Equação de estado do gás ideal e dilatação térmica, clique em
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(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.
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
LV=540cal/g.
Calor latente de condensação da água
LC=-540 cal/g.
Calor latente de fusão do gelo
LF=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 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 final desta 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
Blog rafaelrag
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