Aula 08

FÍSICA
2° ANO
ENSINO MÉDIO
PROF. NELSON BEZERRA
PROF. JEAN CAVALCANTE
CONTEÚDOS E HABILIDADES
Unidade II
Vida e Ambiente
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Aula 08
Conteúdos
•• Atividade sobre a Termodinâmica – Parte I
•• Atividade sobre a Termodinâmica – Parte II
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Habilidades
Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando
a qualidade da vida humana ou medidas de conservação,
recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade
envolvida nos fenômenos dos gases.
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AULA
O médico alemão Robert Mayer e
James Prescott Joule deram a ideia
que levou ao conceito de calor que
temos hoje, e à conservação de
energia. Eles afirmaram que o calor
podia ser transformado em trabalho
mecânico e vice-versa. Mayer e
Joule, calcularam, baseados em
dados diferentes, a exata quantidade
de trabalho necessária para produzir
aumento da quantidade de calor.
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AULA
Joule realizou diversos
experimentos na busca do
equivalente mecânico do calor.
Por volta de 1840, inventou um
recipiente com água, isolado
termicamente, no qual colocou um
sistema de pás que podiam agitar
a água.
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AULA
Como mecanismo impulsor,
utilizou um bloco que deixava cair
lentamente de uma certa altura.
Como havia atrito das pás com
água, o bloco caia com velocidade
praticamente constante, ou seja,
a energia cinética era invariável,
e então pode calcular a energia
potencial dispendida para fazer
girar as pás que desta forma
aqueciam a água.
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AULA
Praticamente toda a energia
potencial do bloco era
transformada em calor pelo
movimento mecânico da água.
Conhecendo o valor do peso
do bloco, da massa de água do
recipiente e da variação de sua
temperatura, Joule calculou a
quantidade de energia transferida
para a água, ou seja, o calor
recebido e assim determinou
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AULA
quantos joules de energia
mecânica eram equivalentes a 1
caloria de calor.
Foi assim que Joule chegou ao
seu equivalente mecânico do
calor.
Mayer, baseado na teoria, e Joule,
nos experimentos, chegaram a
verdadeira natureza do calor: uma
forma de energia.
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AULA
O cálculo de Joule
Epg = Q
Mbloco .g.h = mágua.c.ΔT
Onde:
Epg = energia potencial gravitacional;
Q = calor recebido pela água;
m = massa;
c = calor específico da água;
g = aceleração da gravidade;
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
1) Em duplas, analise as afirmativas a seguir:
(01) Um gás somente pode ser aquecido se receber calor;
(02) Pode-se aquecer um gás realizando trabalho sobre ele;
(04) Para esfriar um gás, devemos necessariamente retirar calor
dele;
(08) Um gás pode receber calor do meio externo e sua
temperatura permanece constante;
(16) Em uma transformação adiabática de um gás, sua
temperatura pode diminuir.
Dê como resposta a soma dos números associados às
afirmações corretas.
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AULA
Que tal assistir a um filme para relaxar e pensar,
analisando-o com um olhar mais físico, para observar
aspectos que podem ser úteis nos debates científicos com
os colegas? Recomendamos o filme “A Era do Gelo 2”, que
tem direção do brasileiro Carlos Saldanha. Nessa animação,
os personagens terão que lutar contra uma catástrofe
natural e também, com seus conflitos pessoais. Além da
diversão descontraída, é possível apreciar os avanços
tecnológicos que permitiram os efeitos do filme.
Mas antes, é melhor preparar a pipoca, você não acha?
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AULA
Experimento:
Título: Fazendo Pipoca.
Objetivo: Exemplificação prática
para esclarecer os significados de
sistema termodinâmico, processo
termodinâmico e variáveis
termodinâmicas.
Material: Milho de pipoca, panela,
colher de pau, óleo de cozinha, fogão,
fósforo, luva térmica, sal ou açúcar e
achocolatado em pó, para aqueles que
gostam de pipoca salgada ou doce.
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AULA
Procedimentos:
Na panela coloque um pouco de óleo de cozinha. Nada em
exagero, três colheres de sopa são suficientes. Em seguida
coloque na panela o correspondente a uma medida de
uma mão cheia de milho de pipoca. Com a colher de pau,
misture o óleo e o milho para, em seguida, acender a chama
do fogão. É aconselhável usar a chama em fogo baixo.
Deposite a panela tampada sobre a chama do fogão.
Após alguns poucos minutos, fazendo uso de uma luva
térmica, dê uma chacoalhada na panela para que o milho
mude de posição.
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AULA
Quando os primeiros milhos começarem a estourar, isto
é, estalar, deixe a panela por mais alguns minutos sobre
a chama, que deve ser apagada em seguida. Coloque sal
de acordo com o seu gosto. Para aqueles que gostam de
pipoca doce, no lugar do sal, coloque a seguinte mistura:
Junte um pouco de açúcar com achocolatado em pó,
levando ao fogão em chama baixa. Quando a mistura
começar a derreter, acrescente a pipoca.
Divirta-se assistindo ao filme e não se esqueça de anotar
seus pontos mais relevantes para um posterior debate com
os colegas.
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AULA
Quando a panela é colocada sobre a chama do fogão, ocorre
transferência de calor, por condução, para o milho de pipoca.
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AULA
Quando o milho começa a estourar,
há um aumento em seu volume; logo,
o milho expandiu-se. À medida que
ocorre essa expansão o trabalho
começa a ser realizado sobre a
tampa da panela que, dependendo da
quantidade de milho nela colocada,
pode até ser deslocada.
Trabalho realizado pelo milho sobre a
tampa da panela.
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AULA
O estado termodinâmico do milho
foi modificado nesse processo
termodinâmico, pois seu volume, sua
temperatura e sua pressão inicial
variaram, à medida que ele começou
a pipocar e expandir-se.
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AULA
Nessa exemplificação, o milho, e
somente ele, constitui o sistema
termodinâmico estudado. Embora
o experimento envolva outros
materiais, tais como a panela,
a tampa, bem como o fogão.
Esses elementos estão excluídos
do sistema, pois nosso foco de
interesse é o processo que ocorre
especificamente com a pipoca.
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AULA
Por condução, nosso sistema
termodinâmico foi submetido a uma
transferência de calor, levando-o a
sofrer uma variação de seu estado
termodinâmico inicial, descrito
pelas grandezas termodinâmicas:
temperatura, volume e pressão.
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AULA
Esse processo de modificação
do seu estado inicial, ou seja,
de variação das grandezas
termodinâmicas é um processo
termodinâmico.
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AULA
Sistematizando:
Sistema é qualquer porção
limitada do universo que está
sendo pesquisada. Como
exemplos, a porção de pipoca
do experimento, um cubo de
gelo, uma bolha de ar, certa
quantidade de um gás, a sala de
aula ou planeta Terra. Qualquer
sistema que interaja com o seu
ambiente com transferência
de calor, realizando trabalho,
constitui um sistema
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AULA
Sistema termodinâmico
Tudo que não faz parte do sistema é chamado de ambiente,
ou vizinhança. No experimento exemplificado, a cozinha,
a panela, o fogão, e o pesquisador (você que fez a pipoca),
dentre outros elementos, fazem parte do ambiente. Para
analisar um sistema termodinâmico deve-se, inicialmente,
definir o que faz parte dele, delimitando sua vizinhança.
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Variáveis termodinâmicas são as propriedades que
descrevem um sistema termodinâmico, tais como
temperatura (T), pressão (P), volume (V), densidade (d), etc.
Elas podem ser observadas macroscopicamente e medidas.
Processo termodinâmico é a forma com que ocorre a
variação do estado termodinâmico de um sistema.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
Agora a tarefa é sua. Responda as questões abaixo:
1. Qual o processo de transferência do calor ocorre no
experimento?
2. Quais são as variáveis termodinâmicas envolvidas na
experiência?
3. O que é um sistema termodinâmico? O que representa o
sistema termodinâmico em nosso experimento?
4. O que é processo termodinâmico?
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