Apostila para Junho

Para o mês de junho estaremos utilizando a apostila abaixo:

Apostila

12ª e 13ª Semanas de Aula

Falamos da Prova e Começamos o assunto de Dilatação Térmica dos Sólidos.
Foi apresentado a dilatação linear, superficial e em algumas salas volumétrica. Vários exercícios foram resolvidos sobre o assunto.

Abaixo você assiste um vídeo sobre dilatação:

Dilatação Térmica dos Sólidos - Experimento:

Meios de Propagação do Calor - Texto Alternativo

propagação do calor

O Calor pode se propagar de três formas: por condução, por convecção e por irradiação, passaremos a discutir cada uma dessas possibilidades:

1 – Condução

A condução de calor ocorre sempre que há diferença de temperatura, do ponto de maior para o de menor temperatura, sendo esta forma típica de propagação de calor nos sólidos.

As partículas que constituem o corpo, no ponto de maior temperatura, vibram intensamente, transmitindo sua energia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido do ponto de maior para o de menor temperatura, sem que a posição relativa das partículas varie. Somente o calor caminha através do corpo.

Na natureza existem bons e maus condutores de calor. Os metais são bons condutores de calor. Borracha, cortiça, isopor, vidro, amianto, etc. são maus condutores de calor (isolantes térmicos).

2 – Convecção

Convecção é a forma típica de propagação do calor nos fluídos, onde a própria matéria aquecida é que se desloca, isto é, há transporte de matéria.

Quando aquecemos um recipiente sobre uma chama, a parte do líquido no seu interior em contato com o fundo do recipiente se aquece e sua densidade diminui. Com isso, ele sobe, ao passo que no líquido mais frio, tendo densidade maior, desce, ocupando seu lugar. Assim, formam correntes ascendentes do líquido mais quente e descendentes do frio, denominadas correntes de convecção.

3 – Irradiação

A propagação do calor por irradiação é feita por meio de ondas eletromagnéticas que atravessam, inclusive, o vácuo.

A Terra é aquecida pelo calor que vem do Sol através da Irradiação.

Há corpos que absorvem mais energia radiante que outros. A absorção da energia radiante é muito grande numa superfície escura, e pequena numa superfície clara. Essa é a razão por que devemos usar roupas claras no verão.

Ao absorver energia radiante, um corpo se aquece; ao emiti-la, resfria-se.

Telecurso 2000

Convecção Térmica

 

Efeito Estufa

Questionamentos

1> Como ocorre a condução do calor?
2> Quais as diferenças entre a condução e a convecção?
3> A Irradiação Térmica não pode ser contida?
4> Como uma garrafa térmica evita as três formas de propagação do Calor?
5> Como ocorre o efeito estufa?

Exercícios
1 até o 10 da apostila - págs 20, 21, 22 e 23.

Dilatação dos Líquidos

Como um líquido não possui forma definida (ele terá a forma do volume que o contém) sua dilatação respeita tudo o que vimos na dilatação volumétrica.

Existe um fator importante a ser analisado. Como o líquido estará num recipiente, ao se dilatar deveremos levar em conta a dilatação do recipiente.

A dilatação do Recipiente:

A dilatação real do líquido:

A dilatação aparente:

Coeficiente de Dilatação Aparente:

Exercícios:

(CESGRANRIO) 15> Um petroleiro recebe uma carga de 1 milhão de barris de petróleo (1,6 x 10⁵ m³) no Golfo Pérsico, a uma temperatura de aproximadamente 50^oC. Qual a perda de volume, por efeito de contração térmica, que esta carga apresenta quando descarregada no Sul do Brasil, a uma temperatura de cerca de 20^oC ? O coeficiente de dilatação térmica do petróleo é aproximadamente igual a 1 x 10^{-3 o}C^-1.

(a) 3 barris;

(b) 30 barris;

(c) 300 barris;

(d) 3000 barris;

(e) 30000 barris.

(FEI-SP) 16> Um recipiente de vidro tem capacidade de 91,000 cm³ a 0 ^oC e contém, a essa temperatura, 90,000 cm³ de mercúrio. A que temperatura o recipiente estará completamente cheio de mercúrio ? Dados: o coeficiente de dilatação linear do vidro é 32 x10^{-6 o}C^-1, e o coeficiente de dilatação do mercúrio é de 182 x 10^{-6 o}C^-1.

(UFRN) 17> Suponha um recipiente com capacidade de 1,0 litro cheio com um líquido que tem o coeficiente de dilatação volumétrica duas vezes maior que o coeficiente do material do recipiente. Qual a quantidade de líquido que transbordará quando o conjunto sofrer uma variação de temperatura de 30^oC ?

Dado: Coeficiente de Dilatação Volumétrica do líquido = 2 x 10^{-5 o}C^-1.

(a) 0,01 cm³; (b) 0,09 cm³; (c) 0,30 cm³;  (d) 0,60 cm³; (e) 1,00 cm³.

18> A razão mais forte para não se usar a água como substância termométrica é:

(a) porque ela é líquida;

(b) porque sua massa específica é muito alta;

(c) porque sua massa específica é muito baixa;

(d) porque sua dilatação é irregular;

(e) n.d.a.

Vídeos:

Aula 8 - Dilatação Térmica dos Sólidos

1 – dilatação térmica dos sólidos

Começaremos discutindo a dilatação em sólidos. Para um estudo mais detalhado podemos separar essa dilatação em três tipos: dilatação linear (aquela que ocorre em apenas uma dimensão), dilatação superficial (ocorre em duas dimensões) e dilatação volumétrica (ocorre em três dimensões).

5.1.1 – dilatação linear

Quando estamos estudando a dilatação de um fio, teremos a ocorrência predominante de um aumento no comprimento desse fio. Essa é a característica da dilatação linear. Imaginemos uma barra de comprimento inicial L_o e temperatura inicial t_o. Ao aquecermos esta barra para uma temperatura t ela passará a ter um novo comprimento L. Vejamos o esquema:

Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:

Do que depende a dilatação linear de uma barra ?

Poderíamos citar:

F o comprimento inicial;

F a variação da temperatura;

F o tipo do material.

Logo temos que:

Unidades Usuais:

L_o............centímetro (cm);

a.............^oC^-1;

Dt............Celsius (^oC).

1.2 – dilatação superficial

Quando estamos estudando a dilatação de uma placa de concreto, teremos a ocorrência predominante de um aumento na área dessa placa. Essa é a característica da dilatação superficial. Imaginemos uma placa de área inicial A_o e temperatura inicial t_o. Ao aquecermos esta placa para uma temperatura t ela passará a ter uma nova área A. Vejamos o esquema:

Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:

Do que depende a dilatação superficial de uma placa ?

Poderíamos citar:

F a área inicial;

F a variação da temperatura;

F o tipo do material.

Logo temos que:

O coeficiente de dilatação superficial é a grandeza que indica o material utilizado. A relação do coeficiente de dilatação superficial com o linear é dada por:

Unidades Usuais:

A_o............centímetro quadrado (cm²);

β.............^oC^-1;

Dt............Celsius (^oC).

1.3 – dilatação volumétrica

Quando estamos estudando a dilatação de um paralelepípedo, teremos a ocorrência predominante de um aumento no volume desse corpo. Essa é a característica da dilatação volumétrica. Imaginemos um paralelepípedo de volume inicial V_o e temperatura inicial t_o. Ao aquecermos este corpo para uma temperatura t ele passará a ter um novo volume V. Vejamos o esquema:

Para responder a questão anterior devemos avaliar outra questão:

Do que depende a dilatação volumétrica do paralelepípedo ?

Poderíamos citar:

F o volume inicial;

F a variação da temperatura;

F o tipo do material.

Logo temos que:

O coeficiente de dilatação volumétrica é a grandeza que indica o material utilizado. A relação do coeficiente de dilatação volumétrica com o linear é dada por:

Unidades Usuais:

V_o............centímetro cúbico (cm³);

g.............^oC^-1;

Dt............Celsius (^oC).

Exercício

(Prova 2003) 1> A Mãozinha está reclamando, pois sua caixinha diminui de tamanho no inverno. Sabendo que o coeficiente de dilatação linear da caixinha é 2 x 10^{-5 o}C^-1 e que sua aresta é 30 cm, determine:

(a) a variação da aresta da caixinha;

(b) a variação de todas as faces da caixinha;

(c) a variação do volume da caixinha.

Utilizar que no inverno a temperatura que estava em 35^oC vai para –5^oC.

Vídeos

Telecurso 2000

Aula sobre dilatação:

Efeito Estufa

A figura abaixo mostra o funcionamento do efeito estufa:

Aula 7 - Temperatura e Calor

1 – Introdução

Estudaremos dentro deste capítulo termômetros, escalas e funções termométricas. Veremos como transformar de uma escala para outra e porque isto é importante.

A discussão sobre temperatura é muito antiga, muitas vezes imaginamos essa grandeza de forma errada, confundimos calor com temperatura e a pergunta fica – Temperatura e Calor são as mesmas coisas? Vejamos se você é capaz de distinguir as duas grandezas.

2 – Termômetro

Instrumento utilizado para medir o grau de agitação térmica de um corpo, ou seja, a temperatura. Ele pode ser dividido em três partes:

(i) Bulbo - Parte que contém a substância termométrica;

(ii) Capilar - Maior parte do termômetro, ela contém a escala termométrica;

(iii) Substância Termométrica - Substância colocada no interior do termômetro, deve possuir dilatação regular, geralmente a substância utilizada é o mercúrio.

O termômetro funciona com o princípio de equilíbrio térmico, ou seja, ao ser colocado em contato com um corpo ao passar do tempo ele atinge o equilíbrio térmico com corpo fazendo com que a substância termométrica se dilate ou contraia, quando isso ocorrer ela indicará um valor. Mas para ter esse valor é necessário ter escalas numéricas no Capilar, para isto ocorrer os termômetros são feitos baseados em dois pontos de fácil marcação.

(i) Ponto de Gelo: Temperatura na qual ocorre a fusão do gelo em água (ao nível do mar e latitude 45^o);

(ii) Ponto de Vapor: Temperatura na qual ocorre a ebulição da água (ao nível do mar e latitude 45^o).

3 – Escalas Termométricas

Abordaremos três escalas uma que é utilizada no Brasil e na maior parte do mundo que é a escala Celsius desenvolvida pelo físico sueco Anders Celsius (1701 – 1744). A segunda escala é utilizada pelo Estados Unidos é a escala Fahrenheit desenvolvida por Daniel G. Fahrenheit (1685 – 1736). A terceira é a escala absoluta Kelvin desenvolvida por William Thomson (1824 – 1907), mais conhecido por Lorde Kelvin ela é utilizada pelo Sistema Internacional de Unidades. É importante dizer que a escala Kelvin não utiliza em seu símbolo o grau ^o.

Para relacionar as escalas e determinar uma relação de conversão entre elas basta elaborar uma expressão de proporção entre elas, podemos fazer da seguinte forma:

Dividindo todos os denominadores por 20, temos:

Exercícios

1> Um termômetro graduado na escala Fahrenheit registra 68^oF. Determine a temperatura correspondente nas escalas Celsius e Kelvin.

(UFMT-MT) 2> Fahrenheit 451 é o título de um filme onde se explica que 451^oF é a temperatura da chama que destrói totalmente um livro. Qual será o título desse livro se fosse usada a escala Celsius? Justifique com cálculos.

(Mackenzie-SP) 3> Certo dia foi registrada uma temperatura cuja indicação na escala Celsius correspondia a 1/3 da respectiva indicação na escala Fahrenheit. Tal temperatura foi de:

(a) 80^oF;                    (b) 80^oC;        (c) 41,8^oF;     (d) 41,8^oC;     (e) 26,7 ^oF.

4> Um termômetro mal calibrado na escala Celsius registra 10^oC para o 1^o ponto fixo e 90 ^oC para o 2^o ponto fixo. Às 10 horas, esse termômetro registra 30^oC à temperatura ambiente. Qual a verdadeira temperatura ambiente naquele instante?

Vídeos

Temperatura - Telecurso 2000

Aula sobre Escalas Termométricas