Professor Marcel Becali Tononi. Física. Termologia Óptica Ondas.

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1 Professor Marcel Becali Tononi Física Termologia Óptica Ondas

2 TERMOLOGIA É a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao aquecimento, ao resfriamento ou às mudanças de estado físico em corpos que recebem ou cedem energia. Temperatura e Calor são objetos de estudo da Termologia.

3 TEMPERATURA Temperatura é a grandeza física associada ao estado de movimento ou à agitação das partículas que compõem os corpos. Moléculas muito agitadas = Temperatura alta. Moléculas pouco agitadas = Temperatura baixa.

4 MEDIÇÃO DE TEMPERATURA O termoscópio foi o primeiro instrumento construído para medira temperatura, em 1597 por Galileu Galilei. Consiste em um bulbo cheio de ar, provido de um tubo imerso em um recipiente contendo um líquido. Quando o ar aquece a pressão aumenta e o líquido desce.

5 TERMÔMETROS Todo dispositivo usado para medir temperatura é chamado de termômetro. Há vários tipos de termômetros. Os mais comuns são: Termômetro clínico; Termômetro de lâmina bimetálica; Termômetro a gás; Termômetro de rua.

6 Termômetro Clínico Tem por finalidade medir a temperatura do corpo humano, por isso indica valores entre 35 C e 42 C.

7 É Termômetro de Lâmina Bimetálica utilizado para avaliar a temperatura em ambientes fechados, como fornos e câmaras frigoríficas.

8 Termômetro a Gás É utilizado para medir baixas temperaturas. É muito usado em laboratórios de pesquisa.

9 Termômetro de Rua É utilizado para registrar a temperatura do ar no local. Consiste em um circuito elétrico no interior de um relógio digital, que capta a temperatura do ambiente.

10 EQUILÍBRIO TÉRMICO Todos os corpos, sempre que possível, tendem a ir espontaneamente para o mesmo estado térmico. Portanto: Dois ou mais sistemas físicos estão em equilíbrio térmico entre si quando suas temperaturas são iguais

11 As partículas da água quente fornecem parte de sua energia de agitação para as partículas da água fria e vice-versa. A troca de energia só é interrompida quando o equilíbrio térmico é atingido.

12 CALOR Calor é a transferência de energia de um objeto ou sistema para outro, em razão, exclusivamente, da diferença de temperatura entre eles.

13 TEORIA DO CALOR COMO SUBSTÂNCIA (CALÓRICO) No século XVIII, o calor era considerado uma espécie de substância invisível ou um tipo de fluido. Segundo essa teoria, a substância calor ou calórico apresentava características especiais: penetrava facilmente na matéria; era atraída pela matéria; não podia ser criada nem destruída; não possuía massa.

14 A teoria do calórico se tornou obsoleta, quando não conseguiu explicar o aquecimento provocado por atrito entre dois objetos, como um esfregar de mãos, por exemplo.

15 AS UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR A unidade oficial de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Joule (J). No entanto, na resolução de problemas de troca de calor, dá-se preferência, por razões históricas, à unidade caloria (cal). 1 cal = 4,18 J

16 Caloria é quantidade de calor que 1 grama de água pura deve receber, sob pressão normal, para que sua temperatura seja elevada de 14,5 C para 15,5 C. A unidade múltipla quilocaloria (kcal) também é muito usada na medida de quantidade de calor. 1 kcal = cal = 10 3 cal

17 PROCESSOS DE PROPAGAÇÃO DO CALOR A mudança da energia térmica da região de maior temperatura para a de menor temperatura pode ser processada de três maneiras distintas: condução; convecção; Irradiação.

18 1. CONDUÇÃO TÉRMICA É o processo de propagação de calor, no qual a energia térmica passa de partícula para partícula em um meio. Condução de calor através de uma barra de metal.

19 Condutores e isolantes térmicos Condutores térmicos são materiais nos quais o processo de condução do calor é acentuado. Exemplo: os metais. Imagem: grongar / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

20 Isolantes térmicos são materiais nos quais ocorre pouca ou nenhuma transmissão de calor. Exemplos: madeira e isopor.

21 2. CONVECÇÃO TÉRMICA É o processo de propagação de calor, no qual a energia térmica se propaga pela movimentação de massas líquidas ou gasosas, que alteram suas posições no meio devido à diferença de densidade.

22 A transferência de energia por convecção, só ocorre em materiais fluidos (líquidos ou gases). É um fenômeno cíclico, no qual formam-se correntes de convecção, ou seja, o fluido (ar ou água) mais quente tende a subir e o mais frio tende a descer.

23 A refrigeração dos alimentos em refrigeradores domésticos, assim como o aquecimento da água em uma chaleira acontecem por correntes de convecção.

24 3. IRRADIAÇÃO TÉRMICA É o processo de propagação de calor em que a energia térmica se propaga sob a forma de ondas eletromagnéticas. A energia chega até o indivíduo, por um tipo de radiação que se propaga tanto na matéria, como no vácuo.

25 A energia do Sol, que viaja no vácuo e aquece o nosso planeta, é transmitida por irradiação térmica.

26 Alguns materiais como o vidro e o plástico dificultam a passagem da radiação térmica (forma de transmissão do calor por meio de radiação eletromagnética), mas permitem a passagem da luz, por isso a maioria das estufas possuem cobertura de vidro ou de plástico.

27 EFEITO ESTUFA A presença de vapor de água e gás carbônico faz a atmosfera reter grande parte das ondas emitidas pelos objetos da superfície terrestre. Esse efeito é fundamental para que a Terra tenha uma temperatura média adequada.

28 A preocupação dos cientistas é porque as atividades humanas estão aumentando muito esse efeito. Então, de um fenômeno benéfico e essencial, o efeito estufa poderá se tornar catastrófico.

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30 DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR Temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas de um sistema. Calor é a forma de transferir energia de um corpo ou sistema para outro.

31 LEMBRANDO A propagação do calor pode ocorrer por três processos: condução, convecção e irradiação. A condução acontece, em geral, nos sólidos. A convecção predomina nos líquidos e gases, através de correntes de convecção. A irradiação ocorre pela radiação; não é necessária a presença da matéria.

32 Escalas termométricas Pontos fixos Para graduar uma escala termométrica, necessitamos de duas referências, chamadas pontos fixos. As mais comuns são (à pressão normal): ponto de fusão do gelo; ponto de ebulição da água.

33 Escalas mais utilizadas (nomes e temperaturas dos respectivos pontos fixos): Celsius: 0 ºC e 100 ºC Fahrenheit: 32 ºF e 212 ºF Kelvin: 273 K e 373 K

34 Conversões entre as escalas Celsius e Fahrenheit Celsius e Kelvin

35 Exercícios

36 Exemplo: Converta 25ºC em ºF. 25 / 5 = ( F 32 ) / 9 5 = ( F 32 ) / 9 F 32 = 9 x 5 F = F = 77ºF

37 Q1 ] (UFTM) Normalmente, o corpo humano começa a "sentir calor" quando a temperatura ambiente ultrapassa a marca dos 26,0ºC. A partir daí, o organismo passa a eliminar suor. Se a temperatura no interior de um salão de baile carnavalesco variar de 30º para 32º, o folião ficará com a roupa totalmente encharcada de suor. Essa variação de temperatura nas escalas Fahrenheit (ºF) e Kelvin (K) correspondem, respectivamente, a: a) 1,8 e 18 b) 1,8 e 2,0 c) 2,0 e 2,0 d) 2,0 e 3,6 e) 3,6 e 2,0

38 » Covertendo 32ºC para ºF: 32 / 5 = ( F 32 ) 9 5 ( F - 32 ) = 32 x 9 5 F 160 = / 5 = ( F 32 ) / 9 5 ( 5 = F F - 32 ) = 32 x 9 F = 89,6 ºF 5 F 160 = F = F = 89,6 ºF» Covertendo 30ºC para ºF 30 / 5 = ( F 32 ) / 9 6 = ( F 32 ) / 9 F 32 = 9 x 6 F = F = 86 ºC» Diferença em ºF: F = F - F0 89,6 86 F = 3,6ºF

39 Diferença em Kelvin:» Como a variação em K é a mesma que em ºC, logo a variação em Kelvin foi de 2K. Calculando: K = K - K inicial Transformando 32ºC: c = K = K = K K = 305 K Transformando 30ºC: 30ºC K = 303 K K = 2 K

40 Outra forma ( Utilizando a Fórmula de Variação ) c/ 5 = f/9 ( 32-30)/5 = Vf/9 2/5 = Vf/9 Vf = 3,6 c = K = K VT = 2 K

41 Q5 ] (Fatec-SP) Ao aferir-se um termômetro mal construído, verificou-se que os pontos 100 ºC e 0 ºC de um termômetro correto correspondiam, respectivamente, a 97,0 ºC e -1,0 ºC do primeiro.se esse termômetro mal construído marcar 19,0ºC, a temperatura correta deverá ser: a) 18,4 ºC. b) 19,4 ºC. c) 20,4 ºC. d) 23,4 ºC. e) 28,4 ºC. (X - 0) / (100-0) = [19-(-1)] / [97-(-1)] X/100 = 20/98 98.X = X = 2000 X = 2000/98 X 20,4 º

42 Q6 ] (PUCCAMP) Em um termômetro de líquido, a propriedade termométrica é o comprimento y da coluna de líquido. O esquema a seguir representa a relação entre os valores de y em cm e a temperatura t em graus Celsius. Para esse termômetro, a temperatura t na escala Celsius e o valor de y em cm satisfazem a função termométrica: a) t = 5y b) t = 5y + 15 c) t = y + 25 d) t = 60 y - 40 e) t = y

43 t - 40/ = y - 15/ t-40/60 = y - 15/60 (simplificando os denominadores) t - 40 = y - 15 t = y t = y + 25

44 Q10 ] (Ufpr) Um cientista está à procura de um material que tenha um coeficiente de dilatação alto. O objetivo dele é produzir vigas desse material para utilizá-las como suportes para os telhados das casas. Assim, nos dias muito quentes, as vigas dilatar-se-iam bastante, elevando o telhado e permitindo uma certa circulação de ar pela casa, refrescando o ambiente. Nos dias frios, as vigas encolheriam e o telhado abaixaria, não permitindo a circulação de ar. Após algumas experiências, ele obteve um composto com o qual fez uma barra. Em seguida, o cientista mediu o comprimento L da barra em função da temperatura T e obteve o gráfico a seguir: Analisando o gráfico, é correto afirmar que o coeficiente de dilatação linear do material produzido pelo cientista vale: a) α = C -1. b) α = C -1. c) α = C -1. d) α = C -1. e) α = C -1.

45 L = Lo. α. T L dilatação sofrida pelo material; Lo comprimento inicial; α coeficiente de dilatação; T variação de temperatura. Analisando os dados do gráfico, temos: L = 0,24 m Lo = 2 m T = 200 ºC Utilizando a fórmula: L = Lo. α. T 0,24 = 2. α. 200 α = 0,24 / 400 α = ºC -1

46 Q14 ] Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado no planeta Marte, tem área A = 100,0 cm² a uma temperatura de 100 C. A uma temperatura de 0,0 C, qual será a área da chapa em cm²? Considere que o coeficiente de expansão linear do material é α = 2, C -1. Obs: corrigir na apostila, que apresenta α = 1, C -1 a) 74,0 b) 64,0 c) 54,0 d) 44,0 e) 34,0 Sendo quadrada a chapa: A = L² L = 10 L = Lo. α. T L = ( ) L = -2 cm Calculando nova área: A = L² A = 64 cm²

47 1] (UEPB) Numa aula de física, um aluno é convocado a explicar fisicamente o que acontece quando um pedaço de ferro quente é colocado dentro de um recipiente de água fria. Ele declara: O ferro é quente porque contém muito calor. A água é mais fria que o ferro porque contém menos calor que ele. Quando os dois ficam juntos, parte do calor contido no ferro passa para a água, até que eles fiquem com o mesmo nível de calor... e aí eles ficam em equilíbrio. Tendo como referência as declarações do aluno e considerando os conceitos cientificamente corretos, analise as seguintes proposições: I. Segundo o conceito atual de calor, a expressão O ferro é quente porque contém muito calor está errada. II. Em vez de declarar:... parte do calor contido no ferro passa para a água, o aluno deveria dizer que existe uma transferência de temperatura entre eles. III.... até que eles fiquem com o mesmo nível de calor... e aí eles ficam em equilíbrio é correto, pois quando dois corpos atingem o equilíbrio térmico seus calores específicos se igualam. Assinale a alternativa correta: a) Todas as proposições são verdadeiras. b) Apenas a proposição I é verdadeira. c) Apenas a proposição II é verdadeira. d) Apenas a proposição III é verdadeira. e) Apenas as proposições I e III são verdadeiras.

48 (Unitau-SP) Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência: Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol. Vento que sopra da terra para o mar durante a noite. a) Convecção condução radiação b) Convecção radiação condução c) Condução convecção radiação d) Condução radiação convecção e) Radiação condução convecção

49 (FMTM-MG) A fim de diminuir o risco de explosão durante um incêndio, os botijões de gás possuem um pequeno pino com aspecto de parafuso, conhecido como plugue fusível. Uma vez que a temperatura do botijão chegue a 172 ºF, a liga metálica desse dispositivo de segurança se funde, permitindo que o gás escape. Em termos de nossa escala habitual, o derretimento do plugue ocorre, aproximadamente, a: a) 69 ºC. b) 78 ºC. c) 85 ºC. d) 96 ºC. e) 101 ºC.