PAMELA FISICA
PROF. PAMELA - FISICA - 2ºTA,2ºTB,3ºTA e 3ºTB
Conteúdo para 2ºTA e 2ºTB
Em nossa atividade anterior estudamos a Calorimetria e as mudanças de estado da matéria. Complementando estes temas estudaremos as leis de mudança de estado e capacidade térmica.
Leis das Mudanças de Estado
1ª Lei: Durante a mudança de estado físico, a temperatura da substância permanece constante se a pressão permanecer constante.
2ª Lei: Durante uma mudança de estado físico, à pressão constante, o volume varia segundo o diagrama. Exceções a esta lei: • Fusão da Ag, H2 0 e Bi, onde o volume diminui; • Solidificação da Ag, H2 O e Bi, onde o volume aumenta.
3ª Lei: Cada substância apresenta para cada pressão, uma temperatura bem determinada de mudança de estado físico.
Influência da Pressão sobre a Temperatura de Fusão
A maioria das substâncias aumenta de volume quando se fundem. Neste caso, um aumento de pressão torna a fusão mais difícil. Podemos, então, concluir que, quanto maior for a pressão aplicada, maior é a temperatura de fusão das substâncias que aumentam de volume, ao passar do estado sólido para o líquido. Algumas substâncias (gelo, prata, bismuto) diminuem de volume, quando fundem. Para elas, um aumento de pressão torna a fusão mais fácil. Podemos, então, concluir que, quanto maior for a pressão aplicada, menor será a temperatura de fusão das substâncias que diminuem de volume ao passar do estado sólido para o líquido.
Responda:
1. O que ocorre durante a mudança de estado, sob pressão constante?
2. Ao se fundirem, grande maioria das substâncias aumentam de volume, assim sendo o aumento de pressão torna o processo de fusão mais fácil? Por quê?
3. Algumas substâncias, tem um processo diferente quando se fundem diminuindo de volume, quais são essas substâncias e o que ocorre?
Capacidade Térmica
A capacidade térmica determina a quantidade calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Cada corpo comporta-se de forma diferente ao receber uma determinada quantidade de calor, e um exemplo em que podemos perceber isso facilmente ocorre na praia. A areia e a água do mar estão submetidas à mesma fonte de calor, o sol, mas a areia fica muito mais quente do que a água. Isso acontece porque a areia e a água possuem capacidades térmicas diferentes. Sendo assim, a capacidade térmica é uma grandeza que depende da quantidade de calor recebida e da variação de temperatura sofrida por um corpo. Ela pode ser definida da seguinte forma:
“A capacidade térmica (C) é a razão entre a quantidade de calor (Q) recebida por um corpo e a variação de temperatura (ΔT) sofrida por ele.”
Matematicamente, essa relação é dada pela expressão:
C = Q
ΔT
A unidade de medida da capacidade térmica no Sistema Internacional é calorias por grau Celsius (cal/ºC). Um exemplo para compreender melhor a interpretação dessa grandeza é a seguinte situação:
Se um corpo recebe 1000 cal e aumenta sua temperatura em 20ºC, sua capacidade térmica é?
C = Q = 1.000 = 50 cal/ºC
ΔT 20
Ou seja, a cada 50 calorias que o corpo recebe, sua temperatura varia em 1ºC.
Calor sensível
Sabemos que calor é energia térmica em trânsito que flui entre os corpos em razão da diferença de temperatura entre eles. Dessa forma, imagine uma barra de ferro que receba ou perca certa quantidade de calor (Q). Esse calor que a barra ganhou ou perdeu é denominado de calor sensível, pois ele provoca apenas variação na temperatura do corpo sem que aconteça mudança em seu estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido, continua sólido. Também chamado de calor específico, o calor sensível, determinado pela letra c (minúscula), é avaliado da seguinte forma:cal/g. °C. Essa relação informa a quantidade de calor que um grama de substância deve receber ou ceder para que nela aconteça a variação de um grau de temperatura. Essa é uma unidade prática, ou seja, a que é mais utilizada no dia a dia. Contudo, no Sistema Internacional de Unidades (SI), o calor específico pode ser dado de duas formas: J/kg. K ou em J/kg. °C.
Calor latente
Diferentemente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, a sua temperatura não varia, mas seu estado de agregação modifica-se, esse é o chamado calor latente. Essa é a grandeza física que informa a quantidade de energia térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber para que ela mude de estado físico, ou seja, passe do estado sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e assim por diante. Determinado pela letra L, o calor latente de uma substância é calculado por meio da razão entre a quantidade de calor (Q) que a substância deve receber ou ceder e a massa (m), ou seja, matematicamente, temos:
Q
L = __
m
O calor latente pode ser positivo ou negativo. Quando positivo, indica que o material está recebendo calor; quando negativo, indica que está perdendo calor. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de calor latente é o joule por quilograma (J/Kg), mas, na prática, utiliza-se muito a caloria por grama (cal/g).
Responda:
4. Qual a definição de capacidade térmica?
5. Qual a unidade de medida utilizada para capacidade térmica?
6. Considere uma barra de ferro que ganha e perde certa quantidade de calor, a esse processo qual nome se atribui?
7. Explique calor latente e cite um exemplo.
Calor específico
O calor específico é a quantidade de calor que deve ser fornecida para que 1 g de substância tenha a sua temperatura elevada em 1°C. Cada substância possui um determinado valor de calor específico, que é geralmente expresso em cal/g.°C.
Quanto maior for o calor específico de uma substância, maior será a quantidade de calor que deverá ser fornecida ou retirada dela para que ocorram variações de temperatura. A água, quando comparada com várias outras substâncias, possui o maior calor específico, que corresponde a 1 cal/g.ºC.
→ Comparando valores de calor específico
A tabela abaixo traz o valor do calor específico de algumas substâncias de nosso cotidiano.
MATERIAL CALOR ESPECIFICO
(cal/g.ºC)
Acetona 0,52
Areia 0,2
Agua 1
Cobre 0,09
Etanol 0,59
Ferro 0,11
Ouro 0,03
Prata 0,05
Aluminio 0,22
Ao visitar a praia, percebemos que, durante o dia, a temperatura da água é inferior à temperatura da areia. A partir da tabela, podemos reparar que o calor específico da areia é bem menor que o da água, logo, a quantidade de energia necessária para aquecer a areia é menor e, por isso, seu aquecimento ocorre mais rápido. Durante a noite, a areia também perde energia mais facilmente que a água, esfriando-se mais rapidamente.
Podemos ainda citar como exemplo o ato de colocar café quente em um copo de alumínio. Percebemos que rapidamente o alumínio aquece-se, chegando à mesma temperatura do café. Isso ocorre porque o calor específico do alumínio é pequeno.
→ Determinação do calor específico (c)
A capacidade térmica de um corpo (C) corresponde à razão entre a quantidade de calor recebida e a variação de temperatura sofrida pelo corpo. Essa grandeza mostra o comportamento dos corpos diante do recebimento de calor. O calor específico de um material é definido como a razão entre a capacidade térmica de um corpo por sua massa:
c = C
m
→ Consequências do calor específico da água
O alto valor do calor específico da água influencia a ocorrência de alguns fenômenos meteorológicos.
Responda:
8. Qual substância possui o maior calor específico?
9. Cite exemplos de aquecimento e resfriamento de substâncias apresentadas na tabela, mais comuns em nosso cotidiano.
10. Faça uma pesquisa sobre as consequências do calor específico da água: a brisa marítima e o El Niño e apresente suas conclusões finais.
11.(Puc-RS) Quando se passa álcool na pele, sente-se que ela esfria naquele local. Isso se deve ao fato de o álcool:
a) Ser normalmente mais frio do que a pele;
b) Ser normalmente mais frio do que o ar;
c) Absorver calor da pele para evaporar-se;
d) Ser um isolante térmico;
e) Ter baixa densidade.
Bons estudos! Faça as atividades em seu caderno com a letra bem legível, ou em arquivo do word. Qualquer dúvida entre em contato! Att Professora Pamela
e-mail: pami_isabelinha10@yahoo.com.br
whats: 920058248
Conteúdo para 3ºTA e 3ºTB
FONTES DE ENERGIA
Prós e contras das fontes de energia
Carvão: combustível fóssil encontrado em locais sedimentares, formado por meio de transformações químicas que se processaram a partir de grandes florestas soterradas, principalmente na Era Paleozoica. Prós: pode-se dizer que é abundante, e fácil de se encontrar em vários países. Contras: todo o seu processo provoca grandes impactos socioambientais, e a grande emissão de gases como o nitrogênio e o oxigênio.
Hidrelétrica: é a principal fonte de energia elétrica do Brasil. Sua utilização tem sido intensa, pois em relação á produção de eletricidade, ela ganha das demais fontes. Prós: é uma das fontes mais limpas e seguras, e, além disso, é renovável. Contras: uma das desvantagens da energia hidráulica é o espaço que o lago artificial ocupa, além disso, a mais grave é o que se perde da rica fauna e flora com o alagamento da área.
Eólica: é produzida a partir da força dos ventos e é gerada por meio de aerogeradores. Prós: é abundante, inesgotável, renovável, não emite gases poluentes e nem gera resíduos. Contras: o impacto sonoro é muito grande, por isso as famílias aos redores recebem indenizações e as aves morrem por se chocar contra as pás.
Petróleo: é hoje o combustível mais utilizado no planeta; é encontrado nas bacias sedimentares, pois é um combustível fóssil que resulta de transformações sofridas pela matéria orgânica sob certas condições. Prós: não é necessária muita mão de obra, facilidade de armazenamento e transporte. Contras: produz grande poluição atmosférica, fonte esgotável e a enorme degradação do meio ambiente.
Biógas: gás produzido a partir de matéria orgânica em decomposição pela ação de certas bactérias. Prós: possibilita a geração de fertilizantes, é um importante substituto da gasolina e do diesel, é considerada uma fonte limpa de energia. Contras: o sistema de armazenamento é complexo e de valor elevado e há emissão de dióxido de carbono.
Gás natural: é um combustível fóssil que se encontra na natureza, normalmente em reservatórios profundos no subsolo, associado ou não ao petróleo. Prós: é mais barato que o petróleo e menos poluente e é menos toxico para o ambiente. Contras: fonte não renovável, seu processo de produção pode causar alguns impactos ambientais e apresenta riscos de asfixia, incêndio e explosão.
Carvão vegetal: foi importante na industrialização e urbanização do Brasil, tendo sido a fonte de energia básica para indústrias e o principal combustível doméstico nas vilas e cidades. Prós: emite menos CO2, é uma fonte renovável, é mais barato, não requer mão de obra especializada e evita o êxodo rural. Contras: o enorme desmatamento e produz muita fuligem preta.
Madeira: atualmente, mais da metade da produção de madeira é destinada ao setor energético no mundo. Prós: é uma fonte renovável e não requer mão de obra especializada. Contras: o enorme desmatamento.
Cana-de-açúcar - Etanol: é uma biomassa que pode ser transformada quase que totalmente em energia aproveitável através de processos industriais. Prós: contribuição na redução de emissão de do efeito estufa e geração de renda e de emprego no campo. Contras: grande extensão de terras para o cultivo da cana e a degradação ambiental pelo uso de fertilizantes e pesticidas.
Óleo vegetal - Biodiesel: é um combustível renovável, pois é produzido a partir de fontes vegetais, misturado com etanol ou metanol. Prós: baixos índices de poluição, gera emprego e renda no campo, deixa as economias dos países menos dependentes e seu custo de produção pode ser mais baixo que as demais fontes. Contras: se o consumo mundial for em larga escala serão necessárias plantações em enormes áreas, e além disso, os derivados dos grão utilizados na produção aumentará seu preço.
Biomassa: os rejeitos de origem vegetal e animal vêm sendo usados na geração de energia em usinas térmicas, com a queima da chamada biomassa que aquece a água e cujo vapor aciona turbinas. Prós: energia limpa, renovável, gera poucos poluentes e contribui para a diminuição do efeito estufa e do aquecimento global. Contras: desmatamento, destruição de habitats, pode contribuir para a formação de chuvas ácidas e a dificuldade no transporte e no armazenamento.
Dos oceanos: conhecida também como energia maremotriz só é viável nos locais onde a variação das marés é muito alta. Prós: fonte inesgotável e não poluente. Contras: custos elevados, pode acarretar grandes impactos ambientais e irregularidade da amplitude das ondas.
Geotérmica: é o calor proveniente do interior do planeta, Nova Zelândia, por exemplo, usa a água proveniente dos gêiseres. Prós: limpa, não prejudica a terra e funciona o ano todo durante todo o dia. Contras: custo inicial elevado, o anti-gelificantes usados nas zonas mais frias são poluentes e se não for usado em pequenas zonas onde o calor do interior da Terra vem à superfície através de gêiseres e vulcões então a perfuração dos solos para a introdução de canos é dispendiosa.
Gravitacional: é gerada a partir das ondas, das marés ou do deslocamento das águas e das diferenças de temperatura dos oceanos. Prós: renovável e limpa, gera uma grande quantidade de energia elétrica, a manutenção dos equipamentos não exige muitos investimentos. Contras: custo elevado e sua construção pode gerar grandes problemas ambientais.
Solar: hoje mais usada no aquecimento de água e de interiores de casas é prédios, é uma das fontes mais promissoras do século XXI. Prós: não polui, necessitam de manutenção mínima, os painéis solares são cada vez mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo e é renovável. Contras: as formas de armazenamento são pouco eficientes e nos dias de chuva ou com baixa incidência de sol diminui a geração de energia.
Nuclear: nas usinas termonucleares, a fissão nuclear que acontece dentro dos reatores produz calor, aquecendo a água e gerando vapor que aciona a turbina. As matérias-primas mais usadas são o urânio e o tório. Prós: produz pouca poluição do ar, o impacto ambiental é menor, existe grande disponibilidade de urânio na natureza e não depende de fatores climáticos para funcionamento. Contras: os acidentes em usinas nucleares são de altíssimo perigo para as pessoas que residem próximas a elas, geração de grande quantidade de lixo nuclear e o custo é muito elevado.
Utilização de cada fonte de energia no Brasil As principais fontes de energia do Brasil atualmente são: energia hidrelétrica, petróleo, carvão mineral e os biocombustíveis, existem outras, porém utilizadas em menor escala, como o gás natural e a energia nuclear.
O petróleo é utilizado para a geração de energia para veículos motores, ou seja, para a produção de gasolina, óleo diesel e querosene. É a principal fonte de energia brasileira. Dentre as bacias petrolíferas podemos citar: a Bacia de Campos, Bacia de Santos, Bacia do Espírito Santo e Bacia do Recôncavo Baiano.
A energia hidrelétrica é a principal fonte de energia utilizada para produzir energia.
Responda:
1. Após a leitura do texto acima que nos chama a atenção pelos prós e contras das fontes de energia mais comuns, quais deles são os mais poluentes?
2. As fontes que menos poluem são as mais utilizadas? Ou são as mais caras de se produzir? Cite dois exemplos.
3. Dentre as fontes mais utilizadas no Brasil quais são as menos poluentes? Qual delas é a com menor custo de produção?
Força Eletromotriz
Em física, é chamada de força eletromotriz a propriedade que qualquer dispositivo, especialmente geradores, tem de produzir corrente elétrica em um circuito. Trata-se de uma grandeza escalar cuja unidade é o volt, designando a tensão existente nos terminais de uma bateria ou gerador elétrico, antes da ligação de qualquer carga. Desse modo, conhecendo a f.e.m. de um gerador podemos calcular a energia que ele fornece ao circuito durante certo tempo.
Em geral a força eletromotriz é representada pelas iniciais f.e.m. ou pela letra E (ou e). Sendo W a energia que o gerador fornece ao circuito durante o tempo t, e Q a carga elétrica que passa por qualquer secção transversal durante o mesmo tempo, temos, por definição:
E = W / Q
Sendo "E" a constante, a energia "W" fornecida pelo gerador é proporcional à carga "Q" que ele fornece durante o mesmo tempo.
Quando utilizamos uma pilha num circuito como o da lanterna, a energia química da pilha é transformada em energia elétrica. Durante o processo, a pilha fica aquecida, o que significa que nem toda sua energia química foi transformada em elétrica, pois houve dissipação por efeito Joule. O mesmo acontece com os outros tipos de geradores, inclusive os utilizados em usinas. A potência nãoelétrica (isto é, mecânica, química, radiante ou luminosa etc.) que o gerador recebe para ser colocado em funcionamento (potência recebida: Pr) é transformada em potência elétrica, que então é cedida ao circuito (potência elétrica cedida: Pc). No entanto, a potência elétrica cedida Pc tem um valor menor que o da potência recebida Pr, porque uma parte da Pr é transformada em potência dissipada (Pd). Tal dissipação ocorre em resistores, sendo possível concluir a partir daí que o gerador também funciona como um resistor de resistência interna r.
Pode-se comparar a diferença de potencial elétrico de modo análogo à diferença de potencial gravitacional. Assim, quanto maior for a f.e.m., maior será a transformação de energia potencial em trabalho, de acordo com a quantidade de carga em questão. Comparando, quanto maior for a altura de lançamento de um corpo, partindo do repouso, maior será a transformação de sua energia potencial gravitacional em trabalho, também de acordo com a massa do corpo sob a qual a gravidade atua.
Equação do Gerador
Sabemos que em um gerador elétrico de corrente contínua, a energia química é convertida em energia elétrica. Pelo fato de os geradores serem fabricados com materiais condutores, eles apresentam uma resistência interna, portanto parte da energia elétrica que produzem é transformada em energia térmica (efeito Joule) em seu interior.
Dessa forma, dizemos que a resistência interna é característica própria dos geradores. Em alguns geradores, como pilhas e baterias, sua resistência interna tende a aumentar, à medida que são utilizados. Por outro lado, se fosse construído um gerador elétrico ideal, ele não teria resistência interna, portanto não haveria perda de energia elétrica através do efeito Joule em seu interior. Sendo assim, toda a energia química seria totalmente fornecida às cargas.
Vamos supor que um gerador elétrico seja atravessado por cargas elétricas que entram pelo polo negativo e saem pelo positivo. Quando essas cargas atravessam o gerador, seu potencial elétrico aumenta, pois elas recebem energia potencial elétrica, enquanto atravessam, decorrente do trabalho realizado pelo gerador.
Como dissemos anteriormente, um gerador, como qualquer outro tipo de condutor, oferece resistência à passagem de cargas elétricas, isso faz com que parte do trabalho realizado sobre ele seja dissipada dentro do próprio gerador. Podemos perceber a dissipação de energia pelo fato de os geradores esquentarem.
Podemos relacionar a diferença de potencial elétrico nos terminais do gerador (UAB) com sua fem (ε) e com a ddp (UAB) associadas à sua resistência interna. Veja a figura abaixo:
Esquema I: Para um gerador ideal (r = 0), a ddp nos seus terminais é igual à força eletromotriz
Esquema II: Gerador real e um resistor (R) Para um gerador do tipo real, ou seja, um gerador que possui uma resistência interna, como o da figura do esquema II, relacionam-se as quedas de potencial:
UAC= UAB-UBC
Onde: UBC=r.i
Então, podemos escrever a equação do gerador da seguinte maneira:
UAC= ε-r.i
Responda
4. Faça uma pesquisa sobre descoberta da força eletromotriz
5. O que ocorre com a pilha num circuito de uma lanterna, por exemplo, em que a energia química é transformada em energia elétrica?
6. Por que podemos concluir que um gerador também funciona como um resistor de resistência interna?
7. O que ocorre quando cargas elétricas atravessam um gerador?
8. Como se torna perceptível a dissipação de energia em um gerador?
9. Faça uma pesquisa sobre o Gerador em Circuito Aberto e em Curto-Circuito.
10.Um circuito elétrico pode ser comparado, também, a um circuito hidráulico, a partir de sua pesquisa exemplifique essa comparação. Responda com base no conteúdo acima (se possível responder as questões e pesquisas em arquivo word, ou no caderno com a letra bem legível, por gentileza).
enviar atividades para o e-mail:pami_isabelinha10@yahoo.com.br
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