2.1 Segundo ano primeiro bimestre

ÍNDICE FÍSICA ENSINO MÉDIO

MATERIAL DIDÁTICO

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A partir dos experimentos e: (1) serão desenvolvidas os conceitos, (2) serão desenvolvidos estudos matemáticos a respeito.

Termometria

"Calor", é uma energia térmica em trânsito capaz de alterar o estado de agitação das moléculas de um corpo. As Escalas Termométricas são instrumentos utilizados para medir esse nivel de agitação molecular.

As escalas mais utilizadas são:

1.Escala Celsius (Andrews Celsius) também chamada de Escala Centígrada por estar dividida em 100 partes iguais sendo, o Ponto do Gelo a 0ºC, temperatura onde onde ocorre a fusão do mesmo, e Ponto do Vapor a 100ºC, onde acontece a passagem do estado líquido para o estado de vapor, caracterizado por grande agitação molecular e pela formação de bolhas.

2.Escala Kelvin (Lord Kelvin) também chamada de Escala Absoluta, é dividida em 100 partes iguais sendo que o Ponto do Gelo acontece a 273K e o Ponto do Vapor acontece a 373K.

3.Escala Fahrenheit esta escala é utilizada em países que falam o idioma inglês, como os Estados Unidos e Belize e está dividida em 180 partes iguais, o que a torna especial em relação as outras, pois o Ponto do Gelo ocorre a 32ºF e o Ponto do Vapor ocorre a 212ºF.

Veja a baixo a relação entre estas três escalas;

ºC/5 = ºF - 32/9 = K - 273/5

Sabe-se que tanto nas baixas altitudes quanto nas altas, os fenômenos físicos podem variar quanto aos seus valores. Por exemplo, a água ao nível do mar entra em ebulição em temperaturas maiores, em grandes altitudes, em Curitiba (Cerca de 900 metros acima do mar), a água entra em ebulição em temperaturas menores, conforme demonstrado em laboratório na segunda aula prática de física. Isso ocorre devida a variação da pressão ambiental em função da altitude.

Assim, da mesma forma que varia a temperatura devida a altitude, outros parâmetros também variam. Supondo-se que estamos ao nível do mar, e em condições ideais de temperatura e pressão, e aquecemos um litro de água de 20 °C a 60 °C, o volume da água nessas condições aumenta e a sua densidade diminui. Numa experiência hipotética de calorimetria no laboratório de Física do Colégio Estadual do Paraná, medindo-se determinados parâmetros de substâncias em calorímetros, cuja capacidade térmica é conhecida, e, pelos valores anotados na tabela de laboratório, verificou-se a variação da temperatura T em função da quantidade de calor Q fornecida a dois corpos X e Y, por exemplo.

Sabe-se que a massa de Y é igual ao dobro da massa de X, mas, as substâncias contudo, não são diferentes. Com base nessas simples informações, verifica-se que as substâncias X e Y têm o mesmo calor específico, embora de massas diferentes são a mesma substância. Também no laboratório de Física do Colégio Estadual do Paraná, verificou-se na primeira aula prática, que um termômetro em dado instante, estava à temperatura ambiente, logo, marcava em sua escala aquela temperatura. Notou-se também que a coluna de mercúrio no interior do termômetro estava com sua medida de comprimento estabilizada, pois no momento não havia variação da temperatura no local onde se encontrava.

Conforme explicado em aula, quando introduzimos o termômetro num líquido com temperatura superior à do ambiente, aumenta a sua energia interna e sua temperatura, pois o bulbo se aquece, transferindo esta energia à substância termométrica que se dilata devido aumento de energia e temperatura. Foi explicado em aula que devida a energia cinética (A energia do movimento), as moléculas de um líquido encontram-se sempre em permanente agitação, movimentando-se em todas as direções, com velocidades de módulos variados. Algumas daquelas moléculas de um líquido atingem a sua superfície, nota-se que possuem valores de velocidade suficientemente altos e conseguem escapar do interior do líquido para o ambiente. Considerando que são as moléculas de maior velocidade que escapam, (logo de maior energia), e que as de menor velocidade permanecem, a energia cinética média das moléculas do líquido diminui, o que representa um decréscimo da sua temperatura.

O número de moléculas que escapa por unidade de tempo depende de fatores como a temperatura do líquido, a área de sua superfície livre e da ventilação nas proximidades dessa superfície. Este é o fenômeno da evaporação. Imaginemos que no interior do laboratório do CEP exista um recipiente qualquer de vidro e em cujo interior existam diversas bolinhas de gude (Esferas de vidro), todas iguais com mesma massa e volume. Imaginemos que o recipiente de vidro possua um válvula, e também que seja hermeticamente fechado. Ao conectarmos uma bomba, supõe-se que seja retirado todo o seu conteúdo de ar. Desta forma, seria possível a propagação do calor, através do recipiente de vidro cheio de esferas de vidro, apenas pela radiação, pois pela condução não seria possível, porque o vidro é um péssimo condutor térmico, e a energia calorífica não conseguiria atravessar o recipiente todo passando pelas esferas de vidro.

A Termodinâmica

A termodinâmica, inicialmente, tinha por objetivo o estudo das transformações do calor em trabalho e o inverso. Atualmente, a termodinâmica envolve qualquer transformação de energia. As transformações de energia ligadas às transformações materiais como mudança de estado e reações químicas levam para a termodinâmica química. Assim a termodinâmica nas suas aplicações pertence à física bem como à química, trata dos movimentos (trocas, transferências) de energia, por exemplo mudanças de energia de um meio de reação no decorrer de uma reação química. Seu objetivo é de descrever e explicar o efeito da temperatura e da pressão sobre as propriedades de equilibro dos sistemas químicos e bioquímicos.

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