Energia fenómenos térmicos e radiação

Energia fenómenos térmicos e radiação
1. Sistema termodinâmico. Sistema isolado.
a) Que tipos de sistemas conhece?
Sistemas mecânicos, termodinâmicos e complexos.
Sistema Termodinâmico: é um sistema em que consideramos variações da energia
interna, como a alteração do número de partículas ou da alteração da temperatura
de um sistema.
Sistema Mecânico: é um sistema onde se considera a energia causada por uma ou
mais forças que fazem mover ou alterar o estado de movimento de um corpo. Neste
tipo de sistema não se consideram alterações da energia interna.
Sistema Complexo: é um sistema com uma componente termodinâmica e outra
componente mecânica, ou seja, é um sistema em que se consideram variações da
energia interna que podem provocar movimento do corpo.
b) O que é a termodinâmica?
A termodinâmica é a parte da física que estuda os fenómenos térmicos, isto é,
aqueles em que é necessário ter em conta a alteração da sua temperatura ou da sua
composição.
c) Que grandezas físicas são usadas para estudar os sistemas termodinâmicos?
As grandezas físicas usadas para estudar os sistemas termodinâmicos são: volume,
pressão, temperatura e quantidade de matéria as quais estão relacionadas entre si.
d) Quais os elementos característicos de um sistema termodinâmico?
Num sistema podemos identificar:
Sistema propriamente dito;
Fronteira do sistema (real ou imaginária);
Vizinhança do sistema (zona mais próxima da sua fronteira);
Exterior do sistema (zona mais afastada da sua fronteira).
e) Como pode classificar os sistemas quanto às trocas de energia entre o sistema e o
exterior?
Quanto às trocas de energia entre o sistema e o exterior podemos classificar os
sistemas em abertos, fechados e isolados.
Sistema aberto: é um sistema que troca matéria e energia com o exterior.
Sistema fechado: apenas ocorrem trocas de energia entre o sistema e o exterior.
Sistema isolado: não troca matéria nem energia com o exterior.
2. Temperatura, equilíbrio térmico e escalas de temperatura.
a) Relacione e distinga as seguintes grandezas físicas: Energia cinética, temperatura e
energia interna.
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A energia cinética das partículas de um sistema está relacionado com o movimento
incessante das partículas do sistema. Quanto maior for essa agitação maior é a
energia térmica do sistema, isto é, maior é a sua temperatura. A energia interna do
sistema depende da sua temperatura, da natureza das partículas e do número de
partículas que o constituem.
b) Explique o que acontece quando colocamos, em contacto, dois corpos a temperatura
diferente?
Quando colocamos em contacto dois corpos a temperatura diferente, há uma
transferência espontânea de energia (calor) do corpo a temperatura mais elevada
para o corpo a temperatura mais baixa. A energia interna do primeiro corpo diminui
e a do segundo corpo aumenta. A transferência de energia termina quando a
temperatura dos dois corpos for igual diz-se que os corpos atingiram o equilíbrio
térmico .
(Atenção: estar em equilíbrio térmico não significa ter a mesma energia interna).
c) Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico qual é a propriedade física que têm
em comum?
Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico têm em comum a mesma
temperatura.
d) Qual é o instrumento que é utilizado para medir a temperatura?
Para medir a temperatura usamos um termómetro.
e) Como se constrói um termómetro?
Para construir um termómetro é necessário um invólucro (parte exterior) ao qual é
preciso associar uma escala. Para construir uma escala é necessário encontrar uma
substância que tenha pelo menos uma propriedade que varie linearmente com a
temperatura para construir a escala do termómetro. Finalmente é necessário obter o
máximo e o mínimo da escala e fazer a sua divisão em partes iguais.
f)
Que tipo de escalas de temperatura conhece? Como se representam? Em que
unidades se representam? Que relação existem entre elas?
As escalas de temperatura mais vulgares são a escala Celsius, Kelvin e Fahrenheit.
A temperatura Celsius representa-se por t e vem expressa em ºC.
A temperatura Kelvin é designada temperatura absoluta, representa-se por T e vem
expressa em K.
A temperatura Fahrenheit representa-se por t e vem expressa em ºF.
T = t + 273,15
t(ºF) =
t(ºC) + 32
Além destas existem ainda a escala Rankine, Reaumur e Newton.
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g) O funcionamento de um termómetro baseia-se na variação de uma dada
propriedade com a temperatura. A que propriedades nos referimos?
As propriedades utilizadas são: dilatação de um líquido ou de um gás, o
aparecimento de uma diferença de potencial entre os metais a temperatura
diferente, a variação da resistência elétrica com a temperatura e a radiação emitida
por um corpo a uma dada temperatura.
h) O que mostrou a experiência de joule?
A experiência de Joule mostrou que o aquecimento pode ser feito através de dois
processos - calor ou trabalho estabelecendo assim a equivalência entre estes dois
processos pois ambos os processos conduzem a um aumento da energia interna da
água elevando a sua temperatura.
i)
As transferências de energia por calor podem ocorrer por três processos físicos
diferentes. Quais são esses processos e em que meios ocorrem essencialmente?
As transferências de energia por calor podem ocorrer por condução térmica
(principalmente nos sólidos), convecção térmica (principalmente nos líquidos e
gases) e radiação (ocorre através das propagação de ondas eletromagnéticas).
j)
Porque é que a temperatura da Terra é constante?
Porque a Terra absorve e emite para o espaço sensivelmente a mesma quantidade de
energia (embora o efeito de estufa esteja a perturbar este equilíbrio).
k) De que fatores depende o tipo de radiação emitida por um corpo? Que tipo de
radiação emitem, essencialmente, os corpos à temperatura ambiente?
O tipo de radiação emitida pelos corpos depende da sua temperatura.
À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação
infravermelha.
l)
A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos
corpos?
Sim. Uma superfície branca reflete toda a radiação visível que sobre ela incide
contrariamente às superfícies pretas que absorvem totalmente a radiação visível que
sobre elas incidem.
Bons absorsores de radiação são igualmente bons emissores de radiação.
m) Qual é a grandeza física que permite quantificar a radiação que incide numa
superfície, por unidade de área e por unidade de tempo? Como se representa? Em
que unidades vem expressa, no sistema internacional?
A grandeza física que permite quantificar a radiação que incide numa superfície, por
unidade de área e por unidade de tempo, chama-se irradiância (potência radiada por
unidade de área). Representa-se por Er e vem expressa em Wm-2 no sistema
internacional de unidades.
n) Indique três aplicações tecnológicas dos fenómenos de absorção e emissão de
radiação IV.
- Câmaras de IV - a imagem é visualizada numa escala de variações de cinza que
podem ser convertidas numa escala de cores (branco, vermelho, laranja, amarelo,
verde, azul e preto) de acordo com a sua temperatura (mais quente a mais frio);
- Sensores de IV como por exemplo os comandos de televisão;
- Termómetros de IV;
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