Mapas mentais termologia, Resumos de Física para Ensino Médio

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Jorge Oliveira

 - Temperatura - - Dilatação Térmica – - Calorimetria – 

• Mudança de Estado Físico -
  • Propagação do Calor – - Gases Perfeitos – - Termodinâmica - - Apêndice –

Temperatura

Para caracterizar o estado térmico

de um corpo, usamos em física o

conceito de temperatura. Ao

compararmos dois corpos A e B, a

temperatura vai nos dizer qual está

quente e qual está frio. O corpo

quente terá temperatura mais

elevada que o corpo frio.

Estado térmico

É manifestação da energia térmica de

um corpo pode ser percebida

subjetivamente pelos órgãos

sensoriais de nossa pele.

Em física as propriedades de um

corpo que variam com o seu

aquecimento ou resfriamento são

chamadas propriedades térmicas.

• O corpo estava “frio” e agora está

“quente”: o seu volume aumentou;

• O gás aprisionado na garrafa foi

aquecido: a sua pressão aumentou.

Frio Quente

maior

temperatura

menor

temperatura

Unidade de temperatura

A temperatura é uma das sete

grandezas fundamentais do SI; sua

unidade é o kelvin (K), usada pelos

físicos. No Brasil a temperatura é

medida em graus Celsius (ºC), mas nos

países de língua inglesa a temperatura

é medida em Fahrenheit (ºF). O kelvin

é restrito ao uso em laboratórios

científicos.

Dois ou mais sistemas físicos estão

em equilíbrio térmico entre si

apresentam a mesma temperatura.

Lei zero da Termodinâmica

Se dois corpos A e B estão em

equilíbrio térmico com um terceiro

corpo C, então A e B estão em

equilíbrio térmico entre si.

Equilíbrio térmico

Escala Fahrenheit (°F)

Escala Celsius (°C)

Nesta escala, atribui-se dois pontos

fixos:

• Ponto de gelo (0 °C);
• Ponto de vapor (100 °C).

Relação entre as escalas

Utilizando a propriedade das

proporções matemáticas temos:

Equação de conversão

100

partes

100 °C

0 °C

Ponto de gelo

Ponto de vapor

Nesta escala, atribui-se dois pontos

fixos:

• Ponto de gelo (32 °F);
• Ponto de vapor (212 °F).

180

partes

→ 212 °F

→ 32 °F

Ponto de gelo

Ponto de vapor

Vamos estabelecer uma relação que

permita a conversão entre as escalas.

°C °F

a

b

100

212

0

32

θ

F

θ

C

a

b

θ

C

a

b

θ

F

Escala Celsius Escala Fahrenheit

Igualando as proporções temos:

C

F

θ

C

θ

F

Escala Celsius Escala Fahrenheit

O que é? Linear ( l)

Quando um corpo sólido é aquecido,

suas dimensões variam, em

consequência da agitação de suas

partículas internas. Dividimos o

estudo em três tipos de dilatação:

 Linear (uma dimensão)

 Superficial (duas dimensões)

 Volumétrica (três dimensões)

Superficial ( l)

Volumétrica ( V)

Ocorre em uma dimensão.

l = l

o

..

l

o

• comprimento inicial

l

f

• comprimento final
• coeficiente de dilatação linear

i

f

l

l

o

l

f

A = A

o

..

A

o

• Área inicial

A

f

• Área final
• coeficiente de dilatação (𝛽 = 2 )

f

A

o

A

f

Quando a variação de temperatura:

→ ocorre contração

→ ocorre dilatação

i

Ocorre em duas dimensões.

Ocorre em três dimensões

f

i

V

o

V

f

V

o

• Volume inicial

V

f

• Volume final
• coeficiente de dilatação (𝛾 = 3 )

V = V

o

..

(calor)

(calor)

Resposta Equacionando

Resposta: não!

O líquido extravasado indica a

diferença entre a dilatação total do

líquido pela dilatação do recipiente,

que chamamos de dilatação aparente.

Dilatação dos líquidos

Os líquidos em geral se dilatam de

modo semelhante aos sólidos. Assim,

sendo V

o

o volume inicial do líquido e

Δθ a variação de temperatura sofrida,

a variação de volume ΔV é dada por:

O volume final será dado por V = V

o

+ ∆V.

liq

• coeficiente de dilatação real do

líquido.

V = V

o

.

liq

. θ

Dilatação aparente

A dilatação do líquido pode ser

indicada pelo líquido extravasado?

Para entender a dilatação aparente de

um liquido vamos analisar o a situação

abaixo, para o aquecimento do conjunto:

V

aparente

= V

líquido

• V

recipiente

É importante colocar que a dilatação

real só depende do líquido, enquanto

a dilatação aparente depende do

recipiente utilizado no experimento.

Podemos escrever:

∆V

ap

= ∆V

líquido

- ∆V

recipiente

∆V

ap

= V

o

.γ

líq

.∆θ - V

o

.γ

rec

.∆θ

∆V

ap

= V

o

(γ

líq

• γ

rec

).∆θ

chamamos de γ

ap

o coeficiente de

dilatação aparente, onde:

ap

líq

• γ

rec

finalmente:

V

ap

= V

o

.

ap

.

θ

0

θ

f

“ladrão”

Consequência

Consequência

Uma das consequências do

comportamento anômalo da água

ocorre nas regiões de clima muito frio,

onde a temperatura cai

frequentemente para valores

inferiores a 0°C, sabe-se que, embora

lagos, mares e rios congelem na

superfície, a água no fundo permanece

no estado líquido, o que é providencial

para a manutenção da fauna e da flora

aquáticas.

Anomalia da água

Em virtude de as moléculas de água no

estado líquido estarem unidas por um

tipo especial de ligação denominada

“ponte de hidrogênio”, a água

apresenta um comportamento

excepcional quando aquecida. Verifica-

se que, de 0°C até 4°C, o volume de

uma dada massa de água diminui,

sofrendo contração. Se o aquecimento

prosseguir de 4°C até 100°C, o volume

aumenta, ocorrendo dilatação.

Graficamente

O gráfico do volume pela temperatura

não é retilíneo para a água. O volume

de uma porção de água é mínimo a 4°C.

Abaixo de 4 °C, deixa de haver

movimentação da água por diferença

de densidade. A agua mais densa a

4 °C, permanece no fundo do lago.

Volume

θ (°C)

4

V

mín

0

A densidade da água tem valor máximo

(1 g/cm

3

) na temperatura de 4°C.

água a 4°C

Energia térmica x calor Unidades

Não se deve dizer que o calor é uma

energia contida no corpo, pois o calor

é apenas uma forma de energia

transferida de um corpo ao outro. A

energia contida nos corpos,

relacionada com a sua temperatura, é

a energia térmica.

O que é?

Calor é uma forma de energia que é

transferida entre dois corpos, devido à

diferença de temperatura existente

entre os eles.

Equilíbrio térmico

A transferência de calor cessa

quando os corpos atingem a mesma

temperatura θ

E

. Neste instante

dizemos que os corpos atingem o

equilíbrio térmico.

calor

θ

1

θ

2

θ

1

θ

2

θ

tempo

θ

1

θ

2

θ

E

equilíbrio

térmico

“Calor é energia

térmica em trânsito”

Como o calor é uma forma de energia,

então a unidade de quantidade de

calor, no SI, também é o joule (J).

Outras unidades:

 1 caloria (cal) é a quantidade de

calor necessária para aquecer 1

grama de água de 14,5 °C para 15,

°C, sob pressão normal.

 1Kcal = 10

3

cal

 1 caloria (cal) = 4,186 J

Calor sensível

É o calor que, recebido ou cedido por

um corpo, provocando nele uma

variação de temperatura.

Capacidade térmica (C)

Quando um corpo recebe uma certa

quantidade de calor (Q), sua

temperatura se eleva em ∆θ. Não

havendo mudança de estado físico,

podemos escrever:

Calor específico (c)

É uma propriedade do material que

constitui o corpo. Se o corpo for

homogêneo de massa m e capacidade

térmica C, seu calor especifico (c) é

dado pela relação:

Para calcular a quantidade de calor

sensível usamos a definição de calor

específico sensível:

Quando uma fonte de calor fornece a

um corpo uma quantidade de calor Q,

num intervalo de tempo Δt, dizemos

que sua potência é da por:

• Q

1

2

Define-se capacidade térmica:

C =

Q

c =

C

m

unidade

(m, C)

cal/g°C

unidade

cal/°C

→ cede calor

→ recebe calor

c =

C

m

Q

m.∆஘

Q = m.c.

Potência térmica

(fonte)

Pot =

Q

∆ t

A água é uma das substancias que

apresenta um alto calor especifico, em

torno de 1cal/g°C

Estados da matéria

A matéria pode existir em três

estados de agregação: sólido, líquido e

gasoso. Uma mesma substância pode

ser encontrada em qualquer um dos

três estados, dependendo das

condições de pressão e temperatura.

Nomenclatura

Usualmente a nomenclatura para

mudança de estado físico é dada por.

sólido (S) – volume definido

Estados

da matéria

líquido (L) – volume definido

gasoso (G) – volume variável

fusão vaporização

liquefação solidificação

(sólido) (líquido)

(gasoso)

Curva de aquecimento

A curva de aquecimento de uma

substancia pura ao ser aquecida, do

estado sólido até o estado gasoso.

θ

tempo

θ

ebulição

S

(S + L)

L

(L + G)

θ

fusão

G

Curva de resfriamento

A curva de resfriamento de uma

substancia pura ao ser resfriada, do

estado gasoso até o estado sólido.

θ

tempo

θ

liquefação

S

(S + L)

(L + G) L

θ

solidificação

G

(exotérmico)

(endotérmico)

fusão

vaporização

Ponto triplo

O ponto triplo (T) de uma substância

é caracterizado por um valor de

pressão e temperatura sob os quais

essa substância pode coexistir em

equilíbrio nos estados físicos sólido,

líquido e vapor simultaneamente.

Diagrama de fases

Denomina-se diagrama de estado de

uma substância o gráfico que

representa suas curvas ( 1 , 2 e 3 ), de

fusão, vaporização e sublimação.

Curvas

As curvas que representam as

mudanças de estado são denominadas

pelo nome da mudança de fase:

Curva 1 : curva de fusão (separa o

estado líquido do sólido).

Curva 2 : curva de vaporização (separa

o estado líquido do gasoso).

Curva 3 : curva de sublimação (separa

o estado sólido do gasoso).

Diagrama da água

0,0098°C

4,58 mm Hg

-273,15 θ(°C)

zero

absoluto

estado

sólido

estado

gasoso

1

2

3

p(atm)

T

-273,

θ (°C)

3

2

estado

líquido

T

1

estado

gasoso

estado

sólido

estado

líquido

zero

absoluto

p(atm)

Regelo

Um aumento de pressão provoca uma

diminuição na temperatura de fusão

do gelo.

Experimento de Tyndall

É possível que um fio metálico

atravesse uma barra de gelo sem

parti-la em duas partes?

Sobrefusão

É o estado em que uma substância

encontra-se no estado líquido abaixo

da sua temperatura de solidificação.

A sobrefusão é um estado de

equilíbrio metaestável (capaz de

perder a estabilidade por meio de

pequenas perturbações). Uma simples

agitação, provoca uma brusca

solidificação parcial ou total do

líquido.

Graficamente

A resposta sim!!!

Tal fenômeno foi verificado num

experimento realizado pelo britânico

John Tyndall (1820-1893). Neste

caso ocorre diminuição da

temperatura de fusão devido ao

aumento da pressão sobre o gelo na

região onde o fio o atravessa. A água

resultante da fusão volta a se

solidificar pois em seguida, a pressão

volta o normal. Tal fenômeno é

chamado de regelo.

θ(°C)

líquido

A

sólido

p(atm)

B

Representação gráfica da Sobrefusão.