Document
Propaganda
Revisão P2 Física – FI 092 2o semestre, 2016 Sólidos, Fluidos e Gases Equação de estado dos gases ideais A lei dos gases perfeitos Aplicando-se a lei de Avogadro para 1 mol de qualquer gás perfeito tem-se o mesmo resultado P0V0 1atm 22,4l J R 8,314 T0 273K mol K PV nRT Importante, quando n não varia (sistema fechado): PiVi Pf V f Ti Tf 4 Termodinâmica • Variação da Energia Térmica dos sistemas. • Energia Interna - Temperatura; Troca de calor e variação de temperatura. • Cotidiano – Refrigeradores, ar-condicionado, Lareira, turbina...... 5 Escalas de Temperatura Kelvin, Celsius, Fahrenheit TC 0 TF 32 TK 273 Tw 30 100 180 100 90 6 Exemplo 1 - IMPORTANTE Em uma escala Z: ponto de ebulição da água = 65 0Z ponto de congelamento da água = - 14 0Z A qual TF corresponde um TZ = - 98 0Z ? TZ 14 TF 32 79 180 84 TF 32 180 191 79 84 TF 32 79 180 TF 1590 F 7 Expansão (dilatação) térmica • Maior T – maior afastamento entre átomos. Expansão linear Expansão volumétrica Expansão superficial 8 Exemplo 2 - IMPORTANTE Coloca-se uma panela de alumínio, com capacidade de 2000 cm3, completamente cheia de água à temperatura de 20°C para ferver. O coeficiente de expansão linear do alumínio vale = 20x10-6/°C e o coeficiente de expansão volumétrica da = 200x10-6/°C . a) Qual volume de água transborda da panela quando a temperatura do conjunto é aumentada de 200 C até 100°C? 9 Calor e Temperatura • Energia Térmica é trocada em forma de calor. • Capacidade de absorver calor depende do material. • Ao absorver calor o material pode variar sua energia interna (temperatura). c – calor específico do material. 10 Calor e Temperatura • Substâncias necessitam trocar calor para variar seu estado físico. • Temperatura não varia durante mudança de estado. • O grau de ordem do sistema varia a T constante. 11 Mecanismos de transferência de calor • Condução: energia transferida átomo a átomo. H ou Pc = taxa de calor conduzido ou potência trocada por condução dada em W = J/s! k – a condutividade térmica do material. Não precisa memorizar a fórmula! R – a resistência térmica a condução de calor. 12 Mecanismos de transferência de calor • Convecção: sistemática de movimento dos fluídos em reposta a variações de densidade associadas a variações de temperatura. Ar quente é menos denso e sobe. O ar frio é mais denso e desce. Correntes de convecção são efetivas formas de trocar calor. E congelador? 13 Mecanismos de transferência de calor • Radiação: Um corpo absorve e libera calor através de ondas eletromagnéticas. Radiação Térmica. Este troca de calor é a única que ocorre no vácuo. Potência térmica absorvida. Não precisa memorizar as fórmulas! Potência térmica irradiada. é a constante de Stefan-Boltzmann 14 é a emissividade (varia entre 0 e 1(corpo negro)) e A é área do corpo. Calor,Temperatura e Trabalho (W) • Conservação de energia: relação entre calor, temperatura? W = Área sobe a curva PxV Para P constante: W = PV PV nRT 15 Primeira Lei da Termodinâmica • Conservação de energia: relação entre calor, temperatura? Q W Ei Ei T Importante 16 Primeira Lei da Termodinâmica • Processos Adiabáticos: É um processo que ocorre tão rapidamente ou em um sistema tão isolado que não há transferência de calor. Q W Ei Q0 Ei W Quando gás passa por uma expansão adiabática, Sua temperatura diminui. Quando gás passa por uma compressão adiabática, Sua temperatura aumenta. 17 Primeira Lei da Termodinâmica • Processos isométricos (volume constante): Por exemplo um gás mantido em recipiente não deformável. Q W Ei W 0 Q Ei Quando gás absorver calor sua temperatura aumenta. Quando gás libera calor sua temperatura diminui. 18 Primeira Lei da Termodinâmica • Processos cíclicos : Os estados inicial e final do sistema são o mesmo. Logo sua energia interna (e temperatura) tem que ser a mesma. Q W Ei Ei 0 Q W Quando um gás recebe calor a T const. ele expande. Quando um gás libera calor a T const. ele contrai. Processos cíclicos são curvas fechadas em um 19 Diagrama p-V. Exemplo 4 - Importante Deve-se converter 1 kg de água a 100 0 C em vapor d´água na mesma temperatura a P = 1,01.105 N/m2. O volume da água varia de 1,0 x10-3 m3 de liq. para 1,671 m3 de gás. a) Qual o trabalho realizado pelo sistema? Para P constante: W = PV 20 Exemplo 4 Deve-se converter 1 kg de água a 100 0 C em vapor d´água na mesma temperatura a P = 1,01.105 N/m2. O volume da água varia de 1,0 x10-3 m3 de liq. para 1,671 m3 de gás. b) Qual a variação da energia interna do sistema? Ei Q W 21 Primeira Lei da Termodinâmica Resumo Processo 𝑄 = ∆𝐸𝑖 + 𝑊 Restrição Consequência Adiabático Isovolumétrico Ciclo fechado Expansão livre 22 Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica Física – FI 092 2o semestre, 2015 • Os dois exemplos aqui mencionados, assim como outros tantos, seriam perfeitamente viáveis pela 1a lei da termodinâmica. Nos dois casos há conservação da energia! • O que faz com que estes eventos não sejam observados? • Origem do problema: maior eficiência das máquinas térmicas! • Irreversibilidade, a seta do tempo e... Processos irreversíveis são processos que não podem voltar a situação original por pequenas pertubações do ambiente ao seu redor. A segunda lei da Termodinâmica Entropia e os processos Irreversíveis Se um processo irreversível ocorre em um sistema fechado, a entropia S do sistema sempre aumenta. Variação de entropia As mudanças de entropia de um sistema estão associadas, do forma equivalente: 1) a maneira com o sistema troca calor a uma dada temperatura ou 2) a diferentes maneiras que os átomos ou moléculas que compões o sistema podem estar dispostos. Ti T f Motor térmico Fonte quente T1 O rendimento de um motor térmico W trabalho executado Q1 calor absorvido |Q1| W Motor térmico |Q2| Fonte fria T2 Refrigerador Fonte quente T1 O coeficiente de desempenho de um refrigerador | Q2 | calor absorvido |W | trabalho fornecido |Q1| W Refrigerador |Q2| Fonte fria T2 O ciclo de Carnot Dadas uma fonte quente e uma fonte fria, qual é o máximo rendimento que se pode obter de um motor térmico operando entre elas? Processos reversíveis • Existência de atrito reduz o rendimento pois a energia mecânica se transforma irreversivelmente em calor. • Corpos a temperaturas diferentes , se postos em contato, transferem calor de um para o outro irreversivelmente. 28 O ciclo de Carnot T1 • Troca de calor deve ser feita isotermicamente P isotermas T2 • Mudança de temperatura deve ser feita adiabaticamente |Q1| W>0 Ciclo reversível adiabáticas |Q2| V implementação 29 Refrigerador e Máquinas térmicas de Carnot Importante | Q1 | T1 | Q2 | T2 Motor térmico | Q2 | T2 1 1 | Q1 | T1 Refrigerador | Q2 | T2 | Q1 | | Q2 | T1 T2 30 Curso de Física – FI092 - Profis Reflexão e Refração – Óptica geométrica F-117A (reflexão) (refração) c n v n - índice de refração do meio – c = 3x108 m/s e v é velocidade da luz no meio. Reflexão e Refração Exemplo 1: Na figura abaixo, um feixe de luz monocromática é refletido e refratado no ponto A da interface entre a substância 1, cujo índice de refração é 1,33, e a substância 2 cujo índice de refração é 1,77. O feixe incidente faz um ângulo de 500 com a interface. a) Qual o ângulo de reflexão no ponto A? Qual o ângulo de refração na superfície 2? 1 1' 1' 90 50 400 n1sen1' n2 sen 2 500 A n1 2 arcsen( sen1' ) n2 1,33 2 arcsen( sen400 ) 290 1,77 n1 ' sen 2 sen1 n2 Reflexão e Refração Exemplo 1: b) A luz que penetrou na subs. 2 no ponto A chega no ponto B da interface entre a subs. 2 e a subs. 3 que é o ar. Qual é o angulo de reflexão? Qual é o ângulo de refração? 3 2 3 2 290 500 A 3 n2 sen 3 n3 sen 4 n3 sen 4 sen 3 n4 n2 4 arcsen( sen 3 ) n3 1,77 4 arcsen( sen290 ) 590 1,00 Reflexão Total n1 n2 n1senc n2 sen900 Ângulo crítico ou ângulo limite. Reflexão Total Exemplo 2: A figura abaixo mostra um prisma triangular de vidro imerso no ar; um raio luminoso penetra perpendicularmente a uma das faces e é totalmente refletido na interface vidro-ar. Se 1 = 450, o que pode se dizer a respeito do índice de refração n vidro? Aula – 15 - Espelhos e Imagens Um Bar no Folies-Bergére – Edouard Manet - 1882 Espelho plano Espelho Plano: Uma superfície plana perfeitamente polida que reflete perfeitamente a luz sem absorvê-la ou espalhá-la. Portanto, esta superfície não permite sua própria observação mais sim a observação das imagens dos objetos ao seu redor. p i p i Objeto com dimensões! Espelhos Esféricos Espelho Plano Espelho Esférico Côncavo Espelho Esférico Convexo r f 2 f é a distância focal do espelho Espelhos Esféricos - Imagens Comportamento dos raios especiais (Espelho Côncavo): • Um raio que incide paralelo ao eixo central, passa pelo foco F depois de refletido no espelho. • Um raio que passa pelo foco F se torna paralelo ao eixo central depois de refletido no espelho. • Um raio que passa pelo centro de curvatura C é refletido sobre si mesmo no espelho. • Um raio que se reflete no centro c do espelho é refletido com um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência. Espelhos Esféricos - Imagens Comportamento dos raios especiais (Espelho Convexo): • Um raio que incide paralelo ao eixo central, é refletido na direção que passa pelo foco virtual F. • Um raio que incide na direção que passa pelo foco virtual F se torna paralelo ao eixo central depois de refletido no espelho. • Um raio que incide na direção que passa pelo centro de curvatura C é refletido sobre si mesmo no espelho. • Um raio que se reflete no centro c do espelho é refletido •com um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência. Espelhos Esféricos Côncavos: Imagem p > 2f – imagem real f < p < 2f – imagem real p = f – imagem no Invertida menor. Invertida maior. Infinito. p < f – imagem virtual direita maior Espelhos Esférico Convexo: Imagens Imagem sempre virtual, direita e menor que o objeto. Espelhos Esféricos:Convenções 1 1 1 f p i f > 0 – espelho côncavo f < 0 – espelho convexo i > 0 – imagem real i < 0 - imagem virtual m < 0 – imagem invertida m > 0 – imagem direita |m| > 1 – imagem maior |m| < 1 – imagem menor i I m p O Exemplo – na lousa Exemplo 2: Uma tarântula de altura h está diante de um espelho esférico cuja a distância focal tem valor absoluto 40 cm. A imagem da tarântula tem a mesma orientação do objeto é altura h’= 0.2h. a) A imagem é real ou virtual? a) Imagem virtual e espelho convexo f = - 40 cm. b) Qual a posição da tarântula é da sua imagem? i h' m p h p 160 cm i 32 cm Lentes Física – FI 092 2o semestre, 2016 Lentes : Como localizar as imagens Lente Covergente Lente Divergente Imagem sempre virtual direita e menor: Imagem real invertida e menor : p > f Imagem virtual direita e maior: p< f Refração em Lentes Exemplo 1: Um louva-a-deus está sobre o eixo central de uma lente simétrica delgada, a 20 cm da lente. A ampliação lateral da lente é m = -0.25 e o índice de refração da substância de que é feita é 1,65. a) Determine o tipo de imagem, o tipo de lente, se o objeto está mais próximo ou mais distante da lente que o ponto focal, de que lado da lente é formada a imagem, se a imagem é invertida ou não. f > 0 – lente convergente f < 0 – Lente divergente i > 0 – imagem real i < 0 - imagem virtual m < 0 – imagem invertida m > 0 – imagem direita |m| > 1 – imagem maior |m| < 1 – imagem menor Refração em Lentes Exemplo 3: A Figura abaixo mostra uma semente de abóbora O1 colocada diante de duas lentes delgadas simétricas coaxiais 1 e 2 de distâncias focais f1= 24 cm e f2 = 9 cm, respectivamente, separadas por uma distância L = 10 cm. A semente está a 6,0 cm da lente 1. Qual a localização da imagem da semente? Aula – 20 - Eletromagnetismo Física – FI 092 2o semestre, 2016 A Carga Elétrica • A carga elétrica é uma propriedade intrínseca de partículas fundamentais que compõe a matéria. • Há dois tipos distintos de cargas elétricas: positivas e negativas. A matéria neutra possue quantidade iguais de cargas positivas e negativas. Quando ocorre um desequilíbrio entre a quantidade destas cargas, o matéria possua uma carga líquida e depois que está carregada. •Notá-se que objetos carregados exercem forças uns sobre os outros. Cargas com o mesmo sinal elétrico se repelem e com sinais elétricos contrários se atraem. Força Eletrostática - Lei de Coulomb + rrˆ + q1.q2 F K 2 rˆ r rrˆ - K 1 4 0 8,99 X 109 N.m 2 / C 2 K é a constante eletrostática e 0 é a permissividade elétrica no vácuo. q1 e q2 são as cargas. r é a distância entre as cargas. 0 8,85 X 10 12 C 2 / N . m 2 O Campo Elétrico( E ) Como uma carga q age sobre a outra a distância? E F E (N/C ou V/m) q “A carga q produz um campo elétrico E em uma - região espaço. Quando a carga de prova q+ penetra nesta região uma força elétrica atua sobre ela “ Linhas de Campo Elétrico • Faraday introduziu a idéia de campo elétrico e o representou através linhas no espaço. Estas linhas, conhecidas como linhas de campo elétrico, possuem as seguintes características: i) Em qualquer ponto, a direção de uma linha de campo reta, ou a direção tangente a esta linha, fornece a direção do vetor E. ii) As linhas de campo são desenhados de tal que forma que uma maior densidade de linhas indica um campo elétrico mais intenso. iii) Estas linhas se originam nas cargas positivas e “penetram” nas cargas negativas. Corrente e Resistência No entanto, cargas em movimento nem sempre constituem correntes elétricas. Para haver corrente elétrica, é necessário que exista um fluxo de carga resultante diferente de zero através de uma superfície. Por exemplo, um fluxo de água através de uma mangueira não constitue uma corrente elétrica apesar das moléculas da água possuirem cargas positivas e negativas em movimento. Outro exemplo, um fio isolado de cobre possui elétrons que se movimentam livremente no seu interior, mas não possui corrente elétrica. q i t A unidade da corrente elétrica é Ampere (A) = C/s Corrente e Resistência Resumo q i t Corrente elétrica - unidade - Ampere (A) = C/s Lei de Ohm V U (Ohms ) R A i L R A Resistência e Resistividade (resistividade) (.m) Potência em Circuitos Elétricos Resumo P iU Para um resistor P Ri 2 2 U P R Circuitos Elétricos: Associação de Resistores Associação em série: i i1 i2 i3 U U1 U 2 U 3 Circuito equilavente: Req U R1i1 R2i2 R3i3 U ( R1 R2 R3 )i Req R1 R2 R3 Circuitos Elétricos: Associação de Resistores Exemplo 1: Associação em série: Req R1 R2 R3 R4 Req 1,5 1,5 1,5 1,5 6,0 U 12 i i1 i2 i3 i4 2A Req 6 Circuito equilavente: Req U U1 U 2 U 3 U 4 U R1i1 R2i2 R3i3 R4i4 U 3 3 3 3 12 V Circuitos Elétricos: Associação de Resistores Associação em paralelo: U U1 U 2 U 3 U n i i1 i2 i3 in U U U U i R1 R2 R3 Rn Req Circuito i U( 1 1 1 1 U ) R1 R2 R3 Rn Req 1 1 1 1 1 ( ) Req R1 R2 R3 R n Circuitos Elétricos: Associação de Resistores Circuitos Elétricos: Associação de Resistores
