Calorimetria

Calorimetria: O estudo dos fenômenos de transferência de calor

A calorimetria é a parte da física que estuda os fenômenos decorrentes da transferência dessa forma de energia chamada calor.

Na natureza encontramos a energia em diversas formas. Uma delas, que é muito importante, é o calor. Para entendê-lo, pense em uma xícara de café quente sobre a sua mesa. Após algum tempo esse café estará frio, ou melhor, com a mesma temperatura que o ambiente. Esse fenômeno não é uma exclusividade da xícara de café quente, mas ocorre com todos os corpos que estão em contato de alguma forma e com temperaturas diferentes. Por que isso ocorre?

Temperatura

Os objetos na natureza, assim como nós, são feitos de pequenas partículas que conhecemos como moléculas. Com elas ocorre algo invisível. Elas estão em constante estado de agitação, no caso dos sólidos, ou de movimentação, como ocorre em líquidos ou gases. Essa situação não é constante, elas podem estar mais ou menos agitadas, dependendo do estado energético em que elas se encontram.

O que se observa é que quanto mais quente está o corpo, maior é a agitação molecular e o inverso também é verdadeiro, ou seja, a temperatura é uma grandeza física que está associada de alguma forma ao estado de movimentação ou agitação das moléculas.

• 
  A temperatura no recipiente 2 é maior do que no recipiente 1, pois lá a movimentação molecular é maior.

A temperatura, atualmente, pode ser medida em três escalas termométricas. Celsius, Fahrenheit e Kelvin. A conversão entre essas escalas pode ser feita pelas seguintes relações matemáticas:

• 

Calor

Considere dois corpos, A e B, que possuem temperaturas diferentes e estão em contato térmico, como ilustra a figura abaixo:

• 

Após algum tempo, observamos que esses dois corpos encontram-se com a mesma temperatura. O que estava com maior temperatura esfriou e o que estava com menor temperatura esquentou. Quando isso ocorre, dizemos que os corpos estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada de temperatura de equilíbrio.

Isso acontece porque o corpo de maior temperatura fornece certa quantidade de energia térmica para o outro de menor temperatura. Essa energia térmica quando está em transito de um corpo para outro é denominada calor.

• 

     

Capacidade térmica e calor específico sensível

Os corpos e as substâncias na natureza reagem de maneiras diferentes quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor. Alguns esquentam mais rápido que os outros. Podemos exemplificar isso com a seguinte situação: você está com fome e pretende fazer um macarrão instantâneo.

Para isso, primeiramente, irá aquecer certa quantidade de água. Uma atitude inteligente a ser tomada é colocar exatamente a quantidade de água necessária para isso, pois se você colocar a água em demasia, irá demorar mais tempo para ela chegar à temperatura desejada, além do fato de que o macarrão irá parecer mais uma sopa. Mas, independentemente do resultado final da atividade culinária, o importante para nós é observar que quanto mais água houver na panela, maior será a quantidade de calor necessária para se atingir a temperatura desejada e por isso ela terá uma capacidade térmica maior.

Podemos, então, concluir que a capacidade térmica depende diretamente da massa do corpo e, portanto, pode ser calculada da seguinte forma:

C=c.m

Onde c é o calor específico sensível da substância de que o corpo é constituído. O calor específico pode ser definido como a capacidade térmica por unidade de massa e é uma característica da substância de que o material é feito.

Observe que estamos falando de uma mesma substância, a água, que quando possui massas diferentes, possui capacidades térmicas diferentes, ou seja, a capacidade térmica é uma propriedade do corpo, e isso é aplicado a outras substâncias na natureza.

A capacidade térmica pode ser medida usualmente em

calºC

e no Sistema Internacional em

JK

, assim como o calor específico é medido usualmente em

calgºC

e, no Sistema Internacional em

Jkg.K

.

Calor sensível

Como vimos, uma das consequências das trocas de calor, é a variação de temperatura do corpo. Se receber calor, esse corpo poderá sofrer um aumento de temperatura e, se ceder calor, uma possível queda de temperatura. É possível calcular a quantidade de calor trocado pelos corpos através da seguinte equação matemática:

Q=m.c.ΔT

Essa equação é conhecida como a equação fundamental da calorimetria e mostra que o calor sensível depende da massa (m), do calor específico (c) e da variação de temperatura do corpo (

Δt

).

Calor latente

Outra consequência das trocas de calor é uma mudança do estado físico dos corpos. Podemos facilmente derreter o gelo, para isso basta deixá-lo à temperatura ambiente e a troca de calor com o meio fará o serviço. Um fato interessante que ocorre durante a mudança de estado físico é que a temperatura do corpo permanece constante, e isso ocorre porque o calor trocado não está sendo usado para alterar o grau de agitação ou movimentação das moléculas.

Nesse caso, ele está sendo usado para alterar o grau de ligação delas. Por exemplo, quando derretemos um corpo, o calor está sendo usado para uma mudança no estado de agregação das moléculas o que o fará, no final, atingir o estado líquido.

Outro fato observado é que quanto mais calor é fornecido para a mudança de estado físico, maior será a massa da substância que sofreu essa transformação. Sendo Q a quantidade de calor trocada para a mudança de estado físico e m, a massa transformada, teremos a seguinte relação:

Q=m.L

A grandeza L é conhecida como calor latente específico e pode ser determinada em

calg

, ou no Sistema Internacional em

Jkg

.

A propagação do calor

O calor é uma forma de energia que se propaga do corpo mais quente para o mais frio. Esse processo pode ocorrer por três mecanismos diferentes. A condução, aconvecção e a irradiação.

Condução

Processo que ocorre predominantemente nos sólidos e é caracterizada pela transmissão de energia de molécula a molécula. Observe a situação ilustrada abaixo.

A barra está sendo aquecida em uma extremidade, isso fará que as moléculas que ali se encontram aumentem o seu estado de agitação, e isso irá passar para as moléculas vizinhas aumentando o estado de agitação dessas. Após algum tempo a mão que está segurando a barra sentirá a temperatura aumentar.

Em alguns corpos, esse processo ocorre muito rapidamente, como por exemplo, os metais, e por isso eles são chamados de condutores térmicos, e em outros ocorre o contrário, como por exemplo, a madeira e a água. Esses são chamados de isolantes térmicos.

Em dia frio, é comum usarmos agasalhos grossos para nos proteger das temperaturas baixas. Fazemos isso porque o nosso organismo está a uma temperatura maior que o meio ambiente e por isso estamos propensos a ceder calor. O agasalho não permite que isso aconteça, pois ele é feito de materiais que são isolantes térmicos.

Convecção

A transmissão de calor por convecção ocorre exclusivamente nos fluidos, ou seja, em líquidos e gases. O processo é estabelecido pela movimentação de massa fluida como pode ser observado na figura abaixo.

Ao se aquecer o recipiente por baixo, a porção de liquido que se encontra na parte inferior irá se aquecer rapidamente. Esse por sua vez dilata e se torna menos denso e, por isso, acaba subindo para a parte superior. O liquido que está em cima está mais frio e mais denso e, por isso, desce. Assim se estabelece uma corrente pela qual o calor é transmitido. Essa corrente é denominada corrente de convecção.

Um exemplo prático é a instalação dos aparelhos de ar condicionado que deve ser feita na parte superior do ambiente. Quando ele é ligado, emite o ar frio que, por ser mais denso, desce para a porção inferior da sala, criando assim uma corrente de convecção e deixando a temperatura ambiente homogênea mais rapidamente.

Irradiação

Sabemos que a condução e a convecção são processos que necessitam de um meio material para ocorrer, ou seja, elas não ocorrem no vácuo.

A irradiação é um processo que pode ocorrer no vácuo e também nos meios materiais, e a sua transmissão é feita por intermédio de ondas eletromagnéticas da faixa do infravermelho. Essas ondas transmitem energia e são absorvidas pelos corpos. Essa absorção provoca uma alteração no estado de movimentação das moléculas alterando, assim, a sua temperatura.

Alguns materiais, como o vidro, são transparentes à radiação visível, mas opacos à radiação infravermelha. Quando deixamos um carro estacionado em um dia ensolarado, o interior se torna muito quente, pois o vidro permite que a luz solar passe. Essa, por sua vez, ao incidir nos objetos que ali estão, fará com que os mesmos emitam a radiação infravermelha. Como o vidro é opaco a essa radiação, ela ficará presa no interior do veículo, fazendo que a temperatura interna se torne mais alta que a externa. Em outras palavras, o carro funcionará como uma estufa.

                 Exercícios de calorimetria

1)  Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120J/s. Uma “caloria alimentar” (1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0 x 10³J. Para nos mantermos saudáveis, quantas “calorias alimentares” devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos?  

a) 33

b) 120

c) 2,6x10³ 

d) 4,0 x10³

e) 4,8 x10⁵       

Resposta

P = Q / t   , onde Q está em Joules (J) e t em segundos.

Se um ser humano consome 120 J em 1 segundo, quanto ele consumirá em 86400 segundos ( 1 dia).

120J -----------1s
X-----------86400s

Multiplicando cruzado, temos:

X = 120 . 86400

X = 10368000 J

Agora temos que passar isto para kcal, ou seja, outra regra de três:

1kcal----------------- 4,0 x 10³J

Y-----------------------------10368000J

Y = 10368000 / 4,0 x 10³J

Y = 2592 kcal

Colocando em notação científica:

Y = 2,6x 10³ kcal. Letra C

2) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºC, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é:  

a) 500

b) 600

c) 700

d) 800

e) 900       

Resposta

P = Q/t

A potência é dada e vale 150cal/s, o tempo também é dado e vale 240s, e o Q é o calor sensível, ou seja Q = mc(T-T0), logo substituindo:

P = mc(T-T0)/t

m = P.t/ c(T-T0)

m = 150.240/1,0.(60-20)

m = 900g   Letra e

3) Durante o eclipse, em uma das cidades na zona de totalidade, Criciúma-SC, ocorreu uma queda  de temperatura de 8,0ºC. (Zero Horas – 04/11/1994) Sabendo que o calor específico sensível da água é 1,0 cal/gºC, a quantidade de calor liberada por 1000g de água, ao reduzir sua temperatura de 8,0ºC, em cal, é:  

a) 8,0

b) 125

c) 4000

d) 8000

e) 64000      

Resposta

Q = mc(T-T0)

A temperatura cai 8,0°C, ou seja, T - T0 = 8,0°C

Q = 1000.1.8

Q = 8000 cal

4) A tabela abaixo apresenta a massa m de cinco objetos de metal, com seus respectivos calores específicos sensíveis c. 

METAL	c(cal/gºC)	m(g)
Alumínio	0,217	100
Ferro	0,113	200
Cobre	0,093	300
Prata	0,056	400
Chumbo	0,031	500

O objeto que tem maior capacidade térmica é o de: 

a) alumínio

b) ferro

c) chumbo

d) prata

e) cobre     

Resposta

Bem, a quantidade de calor é calculada da seguinte forma:

Q = mc(T-T0),

 porém o fator "mc" é conhecido como capacidade calorífica do corpo, uma vez que é medido a quantitadade de calor, por variação de temperatura. Assim a equação fica:

Q = C (T-T0), onde C (maiúsculo é a capacidade térmica).

Assim: C = mc, logo calculando a Capacidade térmica para todos os elementos citados à cima, podemos distinguir aquele que tem a maior capacidade térmica:

Calumínio= 0,217 . 100 = 21,7 cal/°C

Cferro=0,113 . 200 = 22,6 cal/°C

CCobre= 0,093 . 300 = 27,9 cal/°C

CPrata= 0,056 . 400 = 22,4 cal/°C

Cchumbo = 0,031 . 500 = 15,5 cal/°C

Assim podemos ver que o maior valor de capacidade térmica é o Cobre, letra E.

5) Um bloco de cobre (c = 0,094 cal/gºC) de 1,2kg é colocado num forno até atingir o equilíbrio térmico. Nessa situação, o bloco recebeu 12 972 cal. A variação da temperatura sofrida, na escala Fahrenheit, é de: 

a) 60ºF 

b) 115ºF  

c) 207ºF 

d) 239ºF

e) 347ºF  

Resposta

Q = mc(T-T0)

12 972 = 1200.0,094.(T-T0)

(T-T0) = 12972 / 112,8

(T-T0) = 115°C

Convertendo isso em Fahrenheit:

(C/5) = (F-32) / 9 

(115 / 5) = (F-32) / 9

F - 32 = 9. 23 

F = 207 + 32

F = 239 °F

Letra d

Fonte:http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/calorimetria-o-estudo-dos-fenomenos-de-transferencia-de-calor.htm

Giomar Cosme de Sousa

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Termometria

Introdução à Termometria

1. Noção Sensitiva da Temperatura

A termometria é um setor da Termologia que estuda a temperatura e suas medidas.

A primeira noção que se tem de temperatura é a sensação de frio ou de quente, verificada ao se tocar um corpo. Ao tocarmos diversos objetos, na maioria das vezes, conseguimos colocá-los em ordem crescente de temperatura, dizendo qual está à temperatura maior e à temperatura menor. O sentido do tato nos proporciona a mais simples noção de temperatura de um corpo. Porém, nossos sentidos se enganam com muita freqüência, não podendo ser utilizados como medida precisa para a temperatura, pois eles são diferentes de uma pessoa para outra e dependem do estado em que ela se encontrava anteriormente. Por exemplo, se mergulharmos a mão direita em água quente e a esquerda em água fria, e em seguida mergulharmos as duas em água a uma temperatura intermediária, esta água nos parece mais fria na mão direita e mais quente na mão esquerda.

Embora o tato nos dê uma primeira noção do estado térmico, ou da temperatura de um corpo, a experiência anterior deixa claro que ele não é muito útil para propósitos científicos.

A conceituação de temperatura é fundamental para o estudo da Física Térmica.

2. Medida de Temperatura

Para que a medida de temperatura não dependa da nossa percepção fisiológica, recorremos a algumas grandezas físicas mensuráveis que variam quando a temperatura de um corpo varia. Entre elas estão o volume de um líquido, o comprimento de uma barra, a resistência elétrica de um fio, a pressão de um gás a volume constante, etc. Qualquer uma dessas grandezas pode ser usada para avaliar indiretamente a temperatura de um corpo.

Por exemplo, o comprimento de uma barra metálica aumenta (dilata) quando ela é aquecida, ou seja, quando a sua temperatura aumenta. Então, podemos medir sua temperatura indiretamente, analisando o seu comprimento.

No entanto, para pequenas variações de temperatura, é praticamente imperceptível a alteração no comprimento da barra e teríamos dificuldades para avaliar seu estado térmico. Para que possamos medir com mais precisão a temperatura de um corpo, devemos escolher uma substância em que pequenas variações no seu estado térmico provoquem variações significativas e mensuráveis na propriedade física que foi escolhida. Geralmente a substância escolhida é o mercúrio, ou o álcool, pois seu volumes respondem, de maneira significativa, às alterações na sua temperatura.

3. Termômetro

O termômetro é um instrumento ao qual associamos uma escala numérica e que, após permanecer em contato por um certo tempo com um corpo, entra em equilíbrio térmico com ele, permitindo, através da escala numérica, que avaliemos sua temperatura. 

Um termômetro é construído escolhendo-se uma substância termométrica e uma propriedade termométrica dessa substância. Por exemplo, a substância termométrica pode ser um líquido colocado em um reservatório (bulbo), ligado a um tubo de vidro capilar, e a grandeza termométrica, o comprimento da altura da coluna; ou a substância termométrica pode ser um gás à pressão constante, e a grandeza termométrica, o volume do gás.

Confira o material sobre Escalas Termométricas, tema bastante cobrado nos vestibulares, e veja como é possível realizar a conversão entre as escalas. 

                                                 Exercícios

01. Existem duas escalas termométricas que só admitem temperaturas positivas. São elas:  

a) Celsius e Fahrenheit.

b) Fahrenheit e Kelvin. 

c) Kelvin e Rankine.

d) Rankine e Reaumur.

e) Reaumur e Celsius.   

02. O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60ºC. Qual o valor desta diferença na escala Fahrenheit?

a) 33ºF 

b) 60ºF

c) 92ºF

d) 108ºF

e) 140ºF    

03. Um termômetro foi graduado segundo uma escala arbitrária X, de tal forma que as temperaturas 10ºX e 80ºX correspondem a 0ºC e 100ºC, respectivamente. A temperatura em X que corresponde a 50ºC é:  

a) 40ºX

b) 45ºX

c) 50ºX

d) 55ºX

e) 60ºX   

04. Uma escala termométrica E adota os valores –10ºE para o ponto de gelo e 240ºE para o ponto de vapor. Qual a indicação que na escala E corresponde a 30ºC? 

a) 55ºE

b) 65ºE

c) 66ºE

d) 54ºE

e) 38ºE   

05. Um turista brasileiro sente-se mal durante a viagem e é levado inconsciente a um hospital. Após recuperar os sentidos, sem saber em que local estava, é informado de que a temperatura de seu corpo atingira 104 graus, mas que já “caíra” de 5,4 graus. Passado o susto, percebeu que a escala termométrica utilizada era a Fahrenheit. Desta forma, na escala Celsius, a queda de temperatura de seu corpo foi de: 

a) 1,8ºC

b) 3,0ºC

c) 5,4ºC

d) 6,0ºC

e) 10,8ºC     

06. Ao utilizar um termômetro de mercúrio para medir a temperatura de uma pessoa, um médico percebeu que a escala do instrumento estava apagada entre os valores 36,5ºC  40ºC. Para saber a temperatura do paciente, o medico mediu o comprimento da escala do instrumento (de 35ºC a 45°C), encontrando 5,0cm. Em seguida mediu a altura da coluna de mercúrio correspondente à temperatura da pessoa, encontrando 1,5cm. Qual a temperatura determinada pelo médico?  

a) 18ºC

b) 26ºC

c) 24ºC

d) 30ºC

e) 38ºC   

Resolução:

01 - C	02 - D	03 - B	04 - B	05 - B
06 - E

Fonte: http://www.vestibulandoweb.com.br/fisica/teoria/introducao-termometria.asp

Bharbara Maria

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Transmissão de Calor

                                         Transmissão de Calor

Denomina-se transmissão de calor à passagem da energia térmica de um local para outro. Essa transmissão pode ocorrer de três formas diferentes: condução, convecção e radiação.

Condução Térmica

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.

Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de calor. Portanto:

A condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).

O calor propaga-se através da parede do forno de uma pizzaria.

Convecção Térmica

Para ilustrarmos a convecção, imagine uma sala onde ligamos um aquecedor elétrico que está colocado no chão, no centro dessa sala.

O ar em torno do aquecedor se aquece, tornando-se menos denso que o restante. Com isto, ele sobe e o ar frio desce, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe com o ar frio que desce. A este movimento de massas de fluido chamamos convecção e as correntes de ar formadas são correntes de convecção.

Na sala, o ar quente (menos denso) sobe, enquanto o ar frio (mais denso) desce.

Portanto. a convecção se constitui de movimentos de massas fluidas. trocando de posição. Notemos que não tem significado falar em convecção no vácuo.

Assim, podemos afirmar que a convecção somente ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores), não podendo ocorrer nos sólidos c no vácuo.

A convecção pode ser natural, quando é ocasionada por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada, quando é ocasionada por bombas ou ventiladores. 
Observemos que na convecção não há passagem de energia de um corpo para outro, mas apenas estes é que mudam de posição.

Sendo assim, concluímos que, a rigor, a convecção não é um processo de transmissão de calor, pois não há passagem de energia de um corpo para outro.

Exemplos:

I) Aparelho de ar-condicionado e aquecedor elétrico

No verão, o aparelho de ar-condicionado introduz o ar frio nas salas, pela parte superior. Desse modo, devido à sua maior densidade, o ar frio desce, provocando a circulação do ar contido na sala.
O aparelho de ar-condicionado deve ser colocado na parte superior da parede da sala.

No inverno, o ar aquecido pelo aquecedor elétrico deve ser produzido na parte inferior da sala.

Note-se que se fosse feito o contrário, o ar frio (mais denso) continuaria embaixo e o ar quente (menos denso) continuaria em cima, não havendo circulação de ar.

II) Brisas litorâneas

À beira-mar, a areia, tendo calor específico muito menor que o da água, aquece-se mais rapidamente que a água durante o dia e resfria-se mais rapidamente durante a noite.
Sendo assim, temos:

DURANTE O DIA: O ar próximo da areia fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da água para a terra. o vento que, durante o dia, sopra do mar para a terra.

Durante o dia, as brisas sopram do mar para a terra.

DURANTE A NOITE: O ar próximo da superfície da água resfria-se menos que o restante. Com isso, ele fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da terra para a água. É o vento que, durante a noite, sopra da terra para o mar.

Durante a noite, as brisas sopram da terra para o mar

III) Geladeira doméstica

Nas geladeiras, o congelador é sempre colocado na parte superior, para que o ar se resfrie na sua presença e desça, dando lugar ao ar mais quente, que sobe.

Nas geladeiras domésticas, os alimentos são resfriados pelo ar frio, que desce devido à convecção. As prateleiras são feitas em grades (e não inteiriças) para permitir a convecção do ar dentro da geladeira.

Irradiação Térmica 

É o processo de transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, através do espaço que os separa.
Sendo uma transmissão de calor feita por ondas eletromagnéticas, a radiação não exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação ocorre no vácuo e também em meios materiais.
Entretanto, não são todos os meios materiais que permitem a propagação das ondas de calor através deles. 

Desta forma, podemos classificar os meios materiais em: 

— Diatérmicos: São os meios que permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios transparentes às ondas de calor).

Ex.: ar atmosférico. 

— Atérmicos: São os meios que não permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios opacos às ondas de calor).

A energia térmica vem do Sol por meio de ondas eletromagnéticas. 

Como exemplo de radiação, podemos citar a energia solar que recebemos diariamente, a energia emitida por uma lareira que nos aquece no inverno, a energia emitida por uma lâmpada de filamento, cujo efeito sentimos eficazmente quando dela nos aproximamos etc. 

Toda energia radiante, transportada por onda de rádio, infravermelha, ultravioleta, luz visível, raios X, raios gama, etc., pode converter-se em energia térmica por absorção. Entretanto, só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor ou radiações caloríficas.

                                                           Exercícios

1. Quando se coloca uma colher de metal numa sopa quente, logo a colher também estará quente. A transmissão de calor através da colher é chamada:
a) agitação;
b) condução;
c) irradiação;
d) convecção.

2. A blusa de lã é um bom isolante térmico porque:
a) é muito espessa;
b) retém bastante ar no seu interior;
c) impede a passagem da corrente de ar pelo corpo;
d) impede a transpiração e a conseqüente diminuição de temperatura do corpo.

3. Nas geladeiras, a fonte fria (o congelador) deve ser colocada:
a) na parte inferior, pois o ar quente é resfriado lá;
b) na parte superior, pois o ar quente tende a se elevar;
c) na parte inferior, pois o ar frio é mais denso e desce para o fundo;
d) no meio do refrigerador.

4. O processo de transmissão de calor que só ocorre no vácuo (onde não tem ar) é:
a) condução;
b) convecção;
c) absorção;
d) irradiação.

5. Para servir uma feijoada na mesa, é melhor colocá-la numa panela de:
a) alumínio;
b) ferro;
c) cobre;
d) barro.

6. Ao misturarmos num copo água gelada com água na temperatura ambiente, com o objetivo de bebê-la, devemos:
a) misturar de qualquer modo;
b) colocar a água quente sobre a água fria;
c) colocar primeiro a água fria e depois a quente;
d) colocar a água fria após a água quente, para obtermos uma melhor mistura.

7. No processo de condicionamento de ar de um recinto fechado:
a) no inverno o ar quente deve entrar pela parte inferior da sala;
b) no verão o ar frio deve entrar pela parte inferior da sala;

c) tanto no verão quanto no inverno a entrada do ar deve ser pela parte inferior ;
d) tanto no verão quanto no inverno a entrada do ar deve ser pela parte superior.

8. A transmissão de calor ocorre sempre:
a) no vácuo;
b) entre dois sólidos;
c) no sentido dos corpos de menor temperatura;
d) no sentido dos corpos de maior temperatura.

9. Entre os aparelhos abaixo assinale aquele que não tenha funcionamento diretamente ligado à transmissão de calor:
a) chuveiro elétrico;
b) utensílios para cozinhar alimentos;
c) liquidificador;
d) geladeira.

   Respostas : 1b, 2b, 3b, 4d, 5d, 6d, 7a, 8c, 9c


Matheus Tavares Campos

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Ondas

Ondas

Em física, uma onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento da onda e o tempo decorrido para uma oscilação é medido pelo período da onda, que é o inverso da sua frequência. Estas duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da onda.

Fisicamente, uma onda é um pulso energético que se propaga através do espaço ou através de um meio (líquido, sólido ou gasoso), com velocidade definida. Segundo alguns estudiosos e até agora observado, nada impede que uma onda magnética se propague no vácuo ou através da matéria, como é o caso das ondas eletromagnéticas no vácuo ou dos neutrinos através da matéria, onde as partículas do meio oscilam à volta de um ponto médio mas não se deslocam. Exceto pela radiação eletromagnética, e provavelmente as ondas gravitacionais, que podem se propagar através do vácuo, as ondas existem em um meio cuja deformação é capaz de produzir forças de restauração através das quais elas viajam e podem transferir energia de um lugar para outro sem que qualquer das partículas do meio seja deslocada; isto é, a onda não transporta matéria. Há, entretanto, oscilações sempre associadas ao meio de propagação.

Uma onda pode ser longitudinal quando a oscilação ocorre na direção da propagação, ou transversal quando a oscilação ocorre na direção perpendicular à direção de propagação da onda.

                                        Meios de Propagação

Podemos classificar os meios onde as ondas se podem propagar das seguintes formas :

• Meios lineares: se diferentes ondas de qualquer ponto particular do meio em questão podem ser somadas;
• Meios limitados: se ele é finito em extensão, caso contrário são considerados ilimitados;
• Meios uniformes: se suas propriedades físicas não podem ser modificadas de diferentes pontos;
• Meios isotrópicos: se suas propriedades físicas são as mesmas em quaisquer direções.

                                   Ondas Transversais e Longitudinais

Ondas transversais são aquelas em que a vibração é perpendicular à direção de propagação da onda; exemplos incluem ondas em uma corda e ondas eletromagnéticas.

Ondas longitudinais são aquelas em que a vibração ocorre na mesma direção do movimento; um exemplo são as ondas sonoras.

                                  Descrição de Uma Onda Pela Física

Ondas podem ser descritas usando um número de variáveis, incluindo: frequência, largura e altura da onda, amplitude e período.

A amplitude de uma onda é a medida da magnitude de um distúrbio em um meio durante um ciclo de onda. Por exemplo, ondas em uma corda têm sua amplitude expressada como uma distância (metros), ondas de som como pressão (pascals) e ondas eletromagnéticas como a amplitude de um campo elétrico (volts por metro). A amplitude pode ser constante (neste caso a onda é uma onda contínua), ou pode variar com tempo e/ou posição. A forma desta variação é o envelope da onda.

O período é o tempo(T) de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda. A frequência (F) é período dividido por uma unidade de tempo (exemplo: um segundo), e é expressa em hertz. Veja abaixo:

.

Quando ondas são expressas matematicamente, a frequência angular (ômega; radianos por segundo) é constantemente usada, relacionada com frequência f em:

.

            

                                   Ondas Estacionárias e Ondas Não-Estacionárias

Ondas que permanecem no mesmo lugar são chamadas ondas paranticas, como as vibrações em uma corda de violino.

Corda a vibrar na frequência fundamental e no 2º, 3º, 4º, 5º, e 6º harmónicos.

Quando uma corda é deformada, a perturbação propaga-se por toda a corda, reflectindo-se nas suas extremidades fixas. Da interferência das várias ondas pode resultar uma onda estacionária, ou seja, uma oscilação que aparenta não se mover através do material. Os nodos resultam da interferência (destrutiva) entre a crista e o ventre de duas ondas. Nos anti-nodos, onde o deslocamento é máximo, a interferência dá-se entre duas cristas ou dois ventres de onda. Cada padrão de oscilação corresponde a uma determinada frequência a que se chama um harmónico. As frequências de vibração variam com o comprimento da corda e com as suas características (material, tensão, espessura), que determinam a velocidade de propagação das ondas. À frequência mais baixa a que a corda vibra chama-se frequência fundamental.

Ondas que se movem (não-estacionárias) têm uma perturbação que varia tanto com o tempo t quanto com a distância z e pode ser expressada matematicamente como: , onde A(z,t) é o envelope de amplitude da onda, k é o número de onda e φ é a constante de base. A velocidade v desta onda é dada por: , onde λ é o comprimento de onda.

                             A Equação Universal Da Onda

A forma mais simples desta equação é:

Em que:

• v: Velocidade da onda
• λ: Comprimento de onda
• f: Frequência de onda

Y = A.sen[2.π(t/T - x/λ) + φ]

                            Exercícios Resolvidos

01. Uma onda periódica é produzida numa corda tensa mediante uma fonte vibratória de freqüência 2,0 Hz. Sabendo-se que o comprimento das ondas produzidas é 10 cm, podemos afirmar que a velocidade de propagação dessas ondas é:

a) 5,0 cm/s
b) 8,0 cm/s
c) 10 cm/s
d) 12 cm/s
e) 20 cm/s
Resolução

v = 10 · 2
v = 20 cm/s

Resposta: E

02. O gráfico abaixo representa uma onda que se propaga com velocidade igual a 300m/s.

Determine:

a) a amplitude da onda

b)o comprimento da onda

c) a frequência

Resolução:

a)

A Amplitude da onda é dada pela distância da origem até a crista da onda, ou seja:

b)

O comprimento de onda é dado pela distância entre duas cristas ou entre 3 nodos, ou seja:

Como a figura mostra a medida de três “meios-comprimento de onda”, podemos calculá-lo:

c)

Sabendo a velocidade de propagação e o comprimento de onda, podemos calcular a frequência através da equação:

Substituindo os valores na equação:

03. A mão da pessoa, segurando a extremidade de uma corda tensa e flexível, produz uma perturbação que se propaga ao longo da corda. A perturbação denomina-se pulso e o movimento do pulso constituí uma onda. A mão da pessoa é a fonte e a corda é o meio em que a onda se propaga.

Observe na figura uma onda periódica propagando-se numa corda.

a) Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.


b) O que representam as distâncias a e λ.


c) Quais os nomes que são dados aos pontos A e B? E aos pontos C e D?

Resolução:

a) Como a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração, concluímos que a onda é transversal.

b) a: amplitude; λ: comprimento de onda
c) A e B: cristas; C e D: vales

04. Observe uma onda periódica propagando-se em uma mola. Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.

Resolução:

Como a direção de propagação coincide com a direção de vibração, concluímos que a onda é longitudinal.

05. A vibração de uma fonte produz, em 5 segundos, ondas em uma corda que apresenta o aspecto indicado na figura. Determine:

a) a frequência

b) o comprimento de onda

c) a velocidade de propagação.

Resolução:

a) Por regra de três, temos: Em 5 s  =>  1,5 vibração. Logo em 1 s  =>  0,3 vibração. Portanto, a freqüência é f = 0,3 Hz

b) λ = 4x1cm  =>  λ = 4 cm

c) v = λ . f  =>  v = 4 . 0,3  =>  v = 1,2 cm/s

Fonte:http://www.brasilescola.com

Álvaro Gabriel Nogueira de Sousa

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