CONCEITOS (RESUMO)

 

PERGUNTA	RESPOSTA
Paredes restritivas	As paredes restritivas não permitem que os sistemas façam redistribuição de volume entre eles, ou seja, uma parede que obriga um determinado parâmetro de um sistema a ter um valor particular sem alteração.
Paredes não restritivas	As paredes não restritivas se comportam de forma oposta permitindo que o parâmetro mude livremente, sendo assim denominada não restritiva em relação àquele parâmetro.
Parede adiabática	Parede adiabática é impermeável ao fluxo de calor.
Parede diatérmica	Parede diatérmica permite o fluxo de calor.
Sistema fechado	O sistema que possui uma parede que seja restritiva a energia, volume e todos os números de mols.
Quantificar o fluxo de calor para um sistema em qualquer processo	É simplesmente a diferença na energia interna entre os estados final e inicial, diminuído do trabalho feito naquele processo.
Parâmetros extensivos.	Parâmetros que tem valores em um sistema composto igual à soma dos valores em cada um dos subsistemas.
Processos Irreversíveis	Ocorrem em um único sentido do tempo. Processos Irreversíveis a entropia é maior que zero.
Processos Reversíveis	Ocorrem em mão dupla no tempo, na prática não ocorrem o que é feito é uma aproximação em processos lentos, no qual, o sistema permanece em equilíbrio. Processos reversíveis a entropia é igual a zero.
Entropia	Entropia é uma grandeza física capaz de medir a multiplicidade de estados e a quantidade de energia indisponível em um sistema físico termicamente isolado.
Estado termodinâmico	É o conjunto de valores das propriedades termodinâmicas de um sistema. vimos que as variáveis pressão, volume, temperatura e número de mols, ou massa, caracterizam completamente as propriedades termodinâmicas
Energia cinética	Energia cinética é associada ao movimento dos corpos, quanto maior for a velocidade em que um corpo se movimenta, maior será a sua energia cinética. Para tanto, será representada pela equação
Energia potencial	Energia potencial ocorre na interação entre as partículas, podendo ser referente a partículas do mesmo sistema, sendo denominada de Energia Potencial Interna e na interação entre partículas do sistema com partícula fora do sistema, sendo denominada Energia Potencial Externa.
Energia Mecânica	A Energia Mecânica é referente a soma das energias cinéticas presentes no sistema com a energia potencial, como pode ser observado na equação:
Sistema	É formado por um conjunto de constituinte (partículas) delimitados por um determinado volume. Na Termodinâmica este sistema deverá ser macroscópico, ou seja, ser constituído por um número significativo de partículas com dimensões expressivas, suficientes para ser considerado macroscópico
sistema isolado	Apresenta o seu conjunto de constituintes sem interação com outros sistemas. Na verdade, é uma definição teórica pois não há um sistema completamente isolado, sem sofrer interação com os constituintes do meio externo. Se considera isolado quando estas interações apresentam valores desprezíveis.
sistemas em interação	Ocorrem quando os constituintes internos interagem com os constituintes externos, podendo ser partículas de outro sistema.

Qual é o formato da Terra? A Terra é plana? Qual é a medida da circunferência da Terra?

 

O mais absurdo que possa parecer, até hoje no século XXI tem pessoas que apesar de todo conhecimento adquirido pela humanidade ainda fazem esse questionamento. Hoje vocês irão conhecer Eratóstenes, um filosofo que entorno do ano 200 a.C.  utilizou uma informação, seu conhecimento de geometria e uma vareta para responder este questionamento, e ainda foi além medindo a circunferência da Terra.

Você ficou curioso? Tá bom, vamos conhecer estas ferramentas tão poderosas que Eratóstenes utilizou.

Eratóstenes ao ler um papiro na biblioteca de Alexandria teve a informação que em Siena, cidade ao sul de Alexandria, possuía um poço bem fundo, a qual, no dia mais longo do ano, dia 21 de junho (solstício de verão no hemisfério norte), no horário de meio dia o sol iluminava por completo o poço sem produzir sombras nas suas paredes. Para a maioria das pessoas essa informação era somente muito interessante, mas para Eratóstenes era a oportunidade de provar a circunferência da Terra.

Ele sabia que neste mesmo dia e horário em Alexandria, se ele colocasse uma vareta na posição vertical os raios solares produziriam uma pequena sombra, isto significa que um poço em Alexandria não ficaria todo iluminado como ocorre na cidade vizinha.

Eratóstenes então pensou, se eu pregasse varetas em diversas cidades e a Terra fosse plana a sombra produzida pelas varetas deveriam ser todas iguais, mas, no entanto, não era o que ele estava observando. Em Siena neste dia e horário nenhuma sombra enquanto em Alexandria produzia sombras. Eratóstenes então concluiu, que para isso ocorra, a Terra tem que ter uma curvatura, logo a Terra é redonda. Para uma melhor compreensão observe a ilustração abaixo.

 Vocês acham que ele ficou satisfeito? De forma nenhuma, ele queria medir o diâmetro da Terra. Mas como isso é possível? Ele pensou, preciso de duas informações, a distância entre as duas cidades e ângulo que a sombra faz com a vareta em Alexandria no mesmo dia e horário que o sol está a pino em Siena, iluminando todo o poço. A primeira informação, consta a lenda que ele teria contratado um homem para fazer o percurso a pé para medir a distância entre as duas cidades, confirmando a informação dos mercadores que essa distância era de 800 quilômetros.

Para obter a outra informação ele teve que utilizar o conhecimento de geometria básica, que ele adquiriu em sua formação na biblioteca de Alexandria. Primeiramente, Eratóstenes determinou experimentalmente o ângulo da sombra da vareta na vertical com os raios de sol ao meio dia em Alexandria. Considerando a linha da sombra como um segmento, teremos um triângulo retângulo, no qual, a vareta e a sombra no chão são os catetos e a linha da sombra a hipotenusa, como pode ser observado na figura.

O ângulo que o raio incidente do sol (hipotenusa) faz com a vareta (cateto) é um dos ângulos do triângulo. Eratóstenes verificou que esse ângulo correspondia a um cinquenta avos de uma circunferência, ou seja 7,2 °.

Eratóstenes concluiu, se tivesse uma vareta em Siena e outra na Alexandria e fizesse a projeção das duas elas se encontrariam no centro do globo. Por tanto, utilizando a geometria básica, observaremos que o ângulo formado pelos dois segmentos que saem do centro do globo e vão até as duas cidades, é o mesmo ângulo determinado por Eratóstenes. Lembrando que ângulos alternos internos possuem sempre a mesma medida.

Agora Eratóstenes já sabia que o ângulo entre as duas cidades era de 7,2° e a distância entre as duas cidades era de 800 quilômetros. Sabendo-se que um círculo possui 360° e que 7,2° corresponde a 800 km podemos resolver este problema com uma regra de três simples, conforme pode ser observado abaixo.

Portanto, ele chegou a um cálculo muito próximo do que é considerado hoje em torno de 40.075 Km, tendo um erro de menos de dois porcento.

Impressionante, vocês não acham? Um homem com algumas informações, umas varetas e seu conhecimento em geometria básica podem chegar a um resultado tão próximo do real, e isso a mais de 2200 anos atrás.

Um aluno mais atento pode ter ficado curioso, como eles sabiam exatamente o horário para fazer as medições no mesmo horário? Na verdade, nesta época eles usavam relógio de sol que em uma outra oportunidade vamos conversar a respeito de seu funcionamento.

E agora vocês já sabem responder as perguntas do início do texto?

 

 

Autor: Henrique Moura

DILATAÇÃO

 

Lista Física Térmica 3º bimestre 2022

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3º BIMESTRE 2022 ( Slides 1)

 

FÍSICA TÉRMICA (3º BIMESTRE 2022)

 

CONCEITO DE TEMPERATURA

 

O fenômeno temperatura é um dos mais presentes em nosso cotidiano. No entanto, há uma grande dificuldade dos alunos em romper com o senso comum, pois tal conceito é visto como sinônimo de calor.

            O conceito de temperatura pode ser analisado por dois caminhos: macroscópico ou microscópico. Quando tratamos o conceito do ponto de vista microscópico será analisada a intensidade de energia nas partículas e a absorção e emissão de fótons entre partículas. No entanto, está produção apresentará o conceito de temperatura de um aspecto fenomenológico, ou seja, do ponto de vista macroscópico.

Temperatura é definida inicialmente como uma grandeza física que caracteriza o estado de equilíbrio de um sistema termodinâmico que pode ser medido por meio de instrumentos. Para tanto, pode se afirmar que o sistema se encontra em estado de equilíbrio toda vez que a temperatura se encontra igual em todo o sistema, para tanto, o sistema não poderá ter variação de volume, pressão e densidade ao percurso do tempo.

Observa-se que a temperatura estabelece algumas atividades do sistema termodinâmico, como o fluxo de energia e agitação térmica, os quais produzem muitas vezes confusão, quando são trabalhados com os estudantes os conceitos de Temperatura e Calor. Desta forma, será adotado a metodologia de determinar o conceito de temperatura e de  calor para poder proporcionar uma distinção entre os dois conceitos.

            Será apresentada a Lei Zero da Termodinâmica com a finalidade de compreensão do fenômeno de temperatura, e em seguida apresentação do conceito de fluxo de energia (calor), permitindo assim uma distinção entre os dois conceitos. Tendo em vista que os dois conceitos tem a energia como fator primordial.

 

Lei Zero da Termodinâmica

            O estado de equilíbrio é de extrema importância na Termodinâmica, de tal forma que o sistema que se encontra em estado físico de não equilíbrio ele tenderá, após um tempo de relaxação, a entrar em estado de equilíbrio.

            O estado de equilíbrio poderá ser caracterizado basicamente percorrendo dois caminhos. Sendo o mais simples e usual o que se baseia nas propriedades de densidade, pressão e temperatura, na qual, estas propriedades vão indicar estado de equilíbrio quanto todos os subsistemas que compõem o sistema apresentarem os mesmos valores.

 Destaca-se a temperatura como principal fator para a caracterização de equilíbrio. Para tanto, será considerado, no experimento abaixo, a pressão e volume constante dos sistemas, na qual, a temperatura será o fator analisado no processo de equilíbrio.

O experimento terá com princípio a Lei Zero da Termodinâmica, a qual, afirma que se um corpo “A” se encontra em equilíbrio térmico com um corpo “C”, e este se encontra em equilíbrio térmico com um corpo “B”, então poderá ser afirmado que o corpo “A” também se encontra em equilíbrio com o corpo “B”.

 

C
A		B

 

Obs. O sistema “A” se encontra separado do sistema “B” por uma parede adiabática (não permite o fluxo de calor), em quanto, a parede “C” se encontra separada dos sistemas “A” e “B” por uma parede diatérmica (permite fluxo de calor). 

 

Inicialmente os sistemas poderão se encontrar em desequilíbrio (com temperaturas diferentes entre si), nos quais, após um período de relaxação entraram em equilíbrio. No experimento abaixo, com uma simples observação, é possível chegar à conclusão que não ocorrerá o equilíbrio térmico entre os três sistemas, pois a parede adiabática não permitirá o fluxo de energia entre o sistema C e os demais.

 

 

 

C
A	B

           

Como já foi dito anteriormente, temperatura e calor envolvem a energia. No caso de temperatura pode ser observado que os subsistemas do sistema se encontram em estado de equilíbrio energéticos, ou seja, todas as partículas se encontram no mesmo grau de vibração. No caso apresentado acima, o equilíbrio proposto é entre os sistemas, ou seja, todos os sistemas em equilíbrio apresentam as partículas no mesmo grau de vibração ou mesmo nível energético.

 

Fluxo de energia (calor)

O fluxo de energia sempre vai ocorrer de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura. Desta forma, observa-se que a diferença de temperatura é quem estabelece o fluxo de energia

Para uma melhor compreensão será proposto a análise de uma situação hipotética, considerando dois sistemas próximos com temperaturas diferentes, sendo o sistema “A” com temperatura mais elevada e o sistema “B” com temperatura menos elevada.

 

            Neste caso de sistemas em interação e admitindo se a conservação de energia, será definido calor como diferença de energia, na qual, a soma das energias iniciais será igual a soma das energias finais dos sistemas envolvidos. Assim teremos:

 

Ao analisar o caso hipotético acima poderá ser observado a diferença da relação de energia do calor com a temperatura. No calor há uma diferença de grau de energia entre os sistemas e o que se observa é o fenômeno de fornecimento de energia térmica de um sistema para o outro, ou seja, é o trânsito de energia térmica do sistema “A” para o sistema “B” espontaneamente.

MOURA,H. A, 2020.