Roteiro : Aula 05

FÍSICA
2° ANO
ENSINO MÉDIO
PROF. NELSON BEZERRA
PROF. JEAN CAVALCANTE
REVISÃO DOS CONTEÚDOS
Unidade I
Energia: Conservação e Transformação
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REVISÃO DOS CONTEÚDOS
Aula 5.1
•• Revisão e Avaliação
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REVISÃO 1
Capacidade térmica (C)
A grandeza física relacionada com a mudança de
temperatura em função do calor recebido ou cedido pelo
corpo recebe o nome de capacidade térmica.
Define-se capacidade térmica C, como a relação entre a
quantidade de calor recebida pelo corpo e a variação de
temperatura sofrida por ele.
∆Q
C=
∆T
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REVISÃO 1
70 C
o
40 C
o
10 C
o
1 kg água
10 C
2 kg água
o
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REVISÃO 1
Podemos ainda concluir que a capacidade térmica depende
da massa do corpo, pois o corpo que tem mais quantidade
de matéria, ao receber igual quantidade de calor, tem menor
variação de temperatura e, portanto, maior capacidade
térmica.
A capacidade térmica é uma característica de cada corpo
independentemente do material de que ele é constituído.
A unidade de medida da capacidade térmica no SI é o
Joule/Kelvin (J/K). Usualmente utilizamos a caloria/grau
Celsius (cal/ºC).
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REVISÃO 1
Calor específico sensível (c).
A propriedade dos materiais de variar sua temperatura de
maneira diferente quando recebem calor, chama-se calor
específico sensível (c).
Podemos calcular o valor do calor específico a partir da
capacidade térmica:
∆Q
∆Q
onde m é a massa do corpo, ou ainda c =
c=
∆T
∆t . m
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REVISÃO 1
A unidade de medida no SI para o calor específico é Joule/
quilograma.Kelvin (J/kg.K). Sua unidade usual é caloria/
grama.grau Celsius (cal/g.ºC).
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REVISÃO 1
Apresentamos uma tabela com alguns valores do calor
específico para alguns materiais:
Substância
Calor Específico
Água
1,00
Gelo
0,50
Cobre
0,09
Ferro
0,11
Aço
0,12
Alumínio
0,22
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REVISÃO 1
Queijo
0,70
Carne de Porco
0,50
Carne de Galinha
0,80
Carne de Vaca
0,77
Peixe
0,84
Presunto
0,70
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REVISÃO 1
A equação fundamental da calorimetria
A partir da expressão do calor sensível, isolando a
quantidade de calor obtemos uma expressão conhecida
como equação fundamental da calorimetria por conter as
principais grandezas relacionadas ao conteúdo:
ΔQ = m . c . ΔT
ΔQ é a quantidade de calor;
m é a massa do corpo;
c é o calor específico sensível do material que constitui o
corpo;
ΔT é a variação da temperatura sofrida pelo corpo.
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REVISÃO 1
Exemplo 3
Qual a quantidade de calor necessária para aquecer uma
barra de aço com 500 g de massa, desde a temperatura de
30ºC até 230ºC. (dado: calor específico sensível do aço =
0,12 cal/g.ºC).
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <=> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <=> ∆Q = 12000 cal
ΔQ = ?
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REVISÃO 1
m = 500 g
c = 0,12 cal/g.ºC
ΔT = 230 - 30 = 200ºC
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REVISÃO 1
Diagrama de fases de uma substância é um gráfico
que representa as curvas de fusão, vaporização e de
sublimação, conjuntamente:
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REVISÃO 1
Pressão
(fora de escala)
Linha do valores P-T em que
a água é sólida e/ou líquida
101,3 kPa
ou 1 atm
ou
760 mmHg
0,6 kPa
ou 0,006 atm
ou
4,6 mmHg
Região dos valores P-T
em que a água é líquida
Região dos
valores P-T
em que a
água é
sólida
0 kPa
- 273
Linha dos valores P-T em que
a água é líquida e/ou vapor
Ponto triplo: único valor de P e T em que
a água é sólida e/ou líquida e/ou vapor
Região dos valores P-T
em que a água é vapor
Linha dos valores P-T em que
a água é sólida e/ou vapor
0
0,01
100
Temperatura
(0C, fora de escala)
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REVISÃO 1
Exemplo:
O gráfico abaixo representa o diagrama de fases de uma
determinada substância.
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REVISÃO 1
P
(atm)
p.f.
1.0
I
p.e.
II
0.5
Gás
0.37 atm
282 mm
III
º
-125
0
-125
-120
-112º
-110
-108º
Temp (ºC)
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REVISÃO 1
Com base nas informações contidas no gráfico responda:
a) Qual o estado físico da substância na região I?
b) Qual o estado físico da substância na região II?
c) Qual o estado físico da substância na região III?
d) Quais os valores de temperatura e pressão do ponto
tríplice?
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REVISÃO 1
Solução:
a) Na região I a substância encontra-se no estado sólido.
b) Na região II a substância encontra-se no estado liquido.
c) Na região III a substância encontra-se no estado gasoso.
d) Os valores são: Temperatura = - 121ºC e pressão = 0,37
atm = 282 mmHg.
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REVISÃO 2
Escalas termométricas
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REVISÃO 2
Escalas Termométricas
É um conjunto de valores numéricos em que cada valor está
associado a uma determinada temperatura.
•• Pontos fixos fundamentais: são denominados como
sendo:
○○ Ponto de gelo: temperatura na qual o gelo e a água
permanecem em equilíbrio térmico quando sob pressão
normal;
○○ Ponto de vapor: temperatura na qual a água entra em
ebulição sob pressão normal.
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REVISÃO 2
Escalas Celsius e Fahrenheit:
•• Na escala Celsius: temos cem divisões iguais entre os
pontos fixos, cada divisão correspondente à unidade da
escala, que recebe o nome de grau Celsius, simbolizada
por ºC.
•• Na escala Fahrenheit: temos cento e oitenta divisões
iguais entre os pontos fixos, sendo a unidade da escala
denominada grau Fahrenheit, simbolizada por ºF.
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REVISÃO 2
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REVISÃO 2
Conversão entre as escalas Celsius e Fahrenheit:
A equação de conversão:
θC θF −32
=
5
9
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REVISÃO 2
Exemplo 1
Um jornalista, em visita aos Estados Unidos da América,
passou pelo deserto de Mojave, onde são realizados os
pousos dos ônibus espaciais da NASA. Ao parar em um
posto de gasolina, à beira da estrada, ele observou um
grande painel eletrônico que indicava a temperatura local
na escala Fahrenheit. Ao fazer a conversão para a escala
Celsius, ele encontrou o valor 45 ºC. Que valor ele havia
observado no painel?
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REVISÃO 2
Resolução:
Aplicando a equação de conversão entre as escalas Celsius
e Fahrenheit, temos:
θC θF −32
45 / 5 = ӨF -32 / 9
=
5
9
ӨF = 113 ºF
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REVISÃO 2
O Zero absoluto: é o limite inferior de temperatura de um
sistema. É a temperatura correspondente ao menor estado
de agitação das partículas, isto é, um estado de agitação
praticamente nulo.
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REVISÃO 2
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REVISÃO 2
A escala absoluta: a escala Kelvin, também denominada
escala absoluta, tem sua origem no zero absoluto e utiliza
o grau Celsius como unidade de variação. O símbolo da
unidade da escala Kelvin é K.
A equação de conversão entre as escalas Celsius e Kelvin é
dado por: T(K) = Ө( ºC) + 273 ou Ө( ºC) = TK - 273
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REVISÃO 2
Exemplo 2
A menor temperatura até hoje registrada na superfície da
Terra ocorreu em 21 de Julho de 1983 na estação russa de
Vostok, na Antártida, e seu valor foi de -89,2 ºC. Na escala
Kelvin, que valor essa temperatura assumiria?
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REVISÃO 2
Resolução:
Ө( ºC) = TK – 273
-89,2 = TK -273
TK = 183,8K
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REVISÃO 2
A Energia Térmica: de um corpo é o somatório das energias
de agitação de suas partículas e depende da temperatura do
corpo e do número de partículas nele existentes.
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REVISÃO 2
Calor: é a energia térmica em trânsito de um corpo para
outro ou de uma parte para outra de um mesmo corpo,
trânsito esse provocado por uma diferença de temperaturas.
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REVISÃO 2
Exemplo
Observe que Calor flui, espontaneamente, da região de
maior temperatura para a de menor temperatura.
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REVISÃO 2
Processos de transmissão ou de propagação do Calor
Condução: é o processo de propagação de calor no qual
a energia térmica passa de partícula para partícula de um
meio.
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REVISÃO 2
Note que a energia térmica é passada sequencialmente de
partícula para partícula e que vibram mais as partículas
mais próximas da fonte de calor.
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REVISÃO 2
Convecção: é o processo de propagação de calor no
qual a energia térmica muda de local, acompanhando o
deslocamento do próprio material aquecido.
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REVISÃO 2
Refrigeradores domésticos:
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REVISÃO 2
Radiação: é o processo de propagação de energia na forma
de ondas eletromagnéticas. Ao serem absorvidas, parte da
energia dessas ondas se transforma em energia térmica.
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REVISÃO 2
A garrafa térmica é um dispositivo cuja finalidade principal
é manter constante, por um maior intervalo de tempo, a
temperatura de seu conteúdo.
Tampa
Vácuo
Líquido com
temperatura
diferente da
temperatura do
meio externo.
Parede
dupla
de vidro
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REVISÃO 3
Capacidade térmica
É uma grandeza física que é característica de cada corpo
e que depende, portanto, de sua massa. Podemos obter
o valor da capacidade térmica de um corpo dividindo a
quantidade de calor recebida por ele pela variação de
temperatura sofrida.
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REVISÃO 3
Exemplo:
Um objeto feito de aço recebe de uma fonte térmica
uma quantidade de calor Q = 2000 cal. Ao receber essa
quantidade de energia o corpo eleva sua temperatura de
20ºC para 70ºC. Determine qual a capacidade térmica desse
objeto.
ΔQ
C=
ΔT
2000
C=
70 -50
C = 40
o
cal/ C
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REVISÃO 3
A equação fundamental da calorimetria
é uma expressão matemática que relaciona as principais
grandezas física envolvidas na calorimetria: Quantidade de
calor, massa, calor específico e variação da temperatura:
∆Q = m . c . ∆T
ΔQ é a quantidade de calor;
m é a massa do corpo;
c é o calor específico sensível do material que constitui o
corpo;
ΔT é a variação da temperatura sofrida pelo corpo.
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REVISÃO 3
Exemplo:
Determine a quantidade de calor que 500g de aço devem
receber para aumentar sua temperatura de 25ºC para
125ºC. Dado calor específico sensível do aço c = 0,12 cal/
gºC.
∆Q = m . c . ∆T <=> ∆Q = 500 . 0,12 . (125 - 25)
∆Q = 60 . 100 <=> ∆Q = 6000 cal
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REVISÃO 3
Sistema físico termicamente isolado: ocorre quando toda
a energia térmica que sai de alguns corpos é recebida por
outros pertencentes ao próprio sistema.
|ΣQcedido| = | ΣQrecebido| ➔ ΣQcedido + ΣQrecebido = 0
Q = (m.c.ΔӨ)gelo + (m.LF)gelo + (m.c. ΔӨ)água
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REVISÃO 3
Esse processo pode ser representado graficamente pela
Curva de Aquecimento:
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REVISÃO 3
Exemplo 1
O professor Jean de Física recebeu de um aluno uma
amostra de 50 gramas de um sólido. Foi para o laboratório,
provocou um aquecimento contínuo e representou os dados
obtidos em um diagrama temperatura x quantidade de calor
recebido.
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REVISÃO 3
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REVISÃO 3
A partir dos dados que podem ser retirados do diagrama,
responda:
a) O que ocorre no intervalo entre 400 cal e 500 cal de calor
recebido?
b) Quais os valores dos calores específicos e latente nos
três trechos representados no diagrama?
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REVISÃO 3
Resolução:
a) Fusão. Nesse intervalo, o corpo recebe calor sem alteração
em sua temperatura.
b) No estado sólido:
Q = m.c.ΔӨ 400 = 50cs.(40 -0) cs = 0,20 cal/gºC
Na fusão (patamar): Q = m.L 500 – 400 = 50.LF
LF = 2,0 cal/g
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REVISÃO 3
No estado líquido:
Q = m.c.ΔӨ 600 – 500 = 50cL.(80 – 40)
cL = 0,05 cal/gºC
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