1) O documento discute os três métodos de transmissão de calor: condução, convecção e irradiação. 2) A condução ocorre quando moléculas de um corpo mais quente colidem com moléculas de um corpo mais frio, transferindo energia. 3) A convecção envolve o movimento de partes de um fluido, como quando água aquecida sobe devido à expansão térmica.

1. Transmissão de calor

3. O primeiro a fazer um estudo detalhado da transmissão de calor por condução foi o físico e matemático francês Ioseph Fourier (1768 a 1830).Experimentalmente ele obteve uma fórmula que nos dá a “rapidez” com que o calor é transmitido por condução.

4. EXEMPLO: Consideremos uma placa feita em um único material cuja espessura é L e cuja área é A. Suponhamos que as faces da placa sejam mantidas em temperaturas O1 e O2. Sendo O o calor transmitido de uma face a outra, num intervalo de tempo AT, o fluxo de calor é definido por: O=Q/AT

5. No SI , a unidade do fluxo de calor é I/S, que é equivalente a watt( W ); isto é, a unidade do fluxo de calor é igual a unidade de potencia. Os experimentos de Fourier mostram que: O=Q/AT=K a(O1-O2)/L

6. Transmissão de calor por convecção Os líquidos e os gases não são bons condutores de calor. No entanto, eles podem transmitir calor de modo significativo por um processo a CONVICÇAO . Este processo consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido.

7. Exemplo: Uma vasilha contendo água a uma temperatura inicial superior a 40C. Sabemos que, acima de 4C, a água se expande ao ser aquecida. Coloquemos então essa vasilha sobre uma chama.

8. A parte de baixo da água, ao ser aquecida, sofrerá expansão, terá sua densidade diminuida e, assim de acordo com o principio de Arquimedes, subirá. Aparte superior, mais fria e mais densa, descerá.Formam-se então as correntes de convecção , uma ascendente e outra descendente.

10. As características das ondas eletromagnéticas variam da acordo com a freqüência de oscilação das cargas elétricas.Algumas ondas são visíveis, como a luz; outras são invisíveis, como as ondas de rádio os raios X, as ondas que vão do controle remoto para a TV e as ondas dos fornos da microondas.

11. Todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas cujas características e intensidades dependem do grau de aquecimento do corpo.Isso é chamado de irradiação . Quando um conjunto de ondas eletromagnéticas incide em um corpo uma parte delas pode ser refletida, outra pode ser transmitida e outra,

12. Ainda, pode absorvida, transformando-se em novas formas de energia, como, por exemplo, a energia térmica. È desse modo que recebemos o calor do Sol. È assim, também, que recebemos o calor de um ferro elétrico ou de uma lâmpada incandescente.

13. Exemplo: Se pusermos a mão ao lado de um ferro elétrico ligado, nossa mão se aquecerá. Como o ar é mau condutor e o ar aquecido deve subir, o calor que recebemos veio principalmente por irradiação, e não por condução ou por convecção.

14. Entre as ondas eletromagnéticas, as que são mais facilmente absorvidas, transformando-se em energia térmica, são as ondas de infravermelho , assim chamadas pelo fato de terem freqüência um pouco abaixo da luz vermelha (e serem invisíveis).

15. Estudo dos gases

16. Gás e Vapor A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica.O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão.Com o gás não ocorre o mesmo.Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão.Isso faz com o gás seja diferente do vapor.

17. Comportamento dos Gases Uma determinada substância no estado gasoso é um gás se a sua temperatura for superior a temperatura crítica, se a temperatura for igual ou inferior a temperatura critica a substância é vapor.Os gases reais que normalmente conhecemos como, por exemplo, o hélio, o nitrogênio e o oxigênio, apresentam características moleculares diferentes e particulares de cada um.Contudo, se colocarmos todos eles a altas temperaturas e baixas pressões eles passam a apresentar comportamentos muito semelhantes . No estudo dos gases adota-se um modelo teórico, simples e que na prática não existe , com comportamento aproximado ao dos gases reais.Essa aproximação é cada vez melhor quanto menor for a pressão e maior a temperatura.Esse modelo de gás é denominado de gás perfeito. Por volta do século XVII e XIX, três cientistas, após estudarem o comportamento dos gases, elaboraram leis que regem o comportamento dos gases perfeitos, também chamados de gases ideais.

18. As leis por eles determinadas estabelecem as regras do comportamento “ externo” do gás perfeito , levando em conta apenas as grandezas físicas que estão associadas a eles, grandezas essas que são: volume, temperatura e pressão.

19. Lei geral dos gases perfeitos

20. A expressão que determina a lei geral para os gases perfeitos pode ser vista da seguinte forma: p.V./T.=pV/T Onde p., V. e T. são respectivamente a pressão inicial, volume inicial e temperatura inicial. Essa é uma expressão que é utilizada para quando as variáveis de um gás apresentar variações.

22. Lei de Charles A lei de Charles é a lei que rege as transformações de um gás perfeito a volume constante.Essas transformações são chamadas de transformações isocóricas ou isométricas.Segundo essa lei, quando uma massa de gás perfeito sofre transformação isocórica, a sua pressão é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta.Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma: p./T.=p/T Onde p. e T. são respectivamente a pressão inicial e a temperatura inicial.

24. Transformações gasosas

25. Transformação isotérmica Quando a temperatura fica constante a transformação é chamada isotérmica . Neste caso a lei geral dos gases fica: V=constante ou p1v1=p2v2 Numa transformação isotérmica o gráfico de P em função de V será uma hipérbole eqüilátera, denominada isoterma . Para uma mesma quantidade de gás, quanto maior a temperatura maior será o produto pV e mais afastada dos eixos estará a isoterma.

28. Termodinâmica

32. Gráfico e equações gasosas

33. Abordamos aqui o conceito de gás ideal, a relação entre a pressão, volume e temperatura de uma amostra de um gás considerado ideal, bem como os casos particulares da equação dos gases ideais.

35. Nos gases ideais, a relação pressão,volume e temperatura é descrita pela equação dos gases perfeitos: PV = nRT , sendo P a pressão da amostra gasosa ( atm ) V o volume da amostra gasosa ( dm 3 ou l ) n o número de moles da amostra gasosa ( mol ) R a constante dos gases ideais ( 0,082057 atm dm 3 mol -1 K -1 ou 8,314 J mol -1 K -1 ) T a temperatura absoluta ( K ) T ( K ) = q ( º C ) + 273,15

37. 1ª Lei de Charles e Gay-Lussac Para uma quantidade de gás constante a uma dada pressão ( transformação isobárica ) , o volume e a temperatura absoluta de uma amostra gasosa são grandezas diretamente proporcionais: V 1 / V 2 = T 1 / T 2 Esta lei pode ser descrita pelas seguintes representações gráficas: Gráficos V = f ( T ) e V = f ( q )

38. 2ª Lei de Charles e Gay-Lussac Para uma quantidade de gás constante num dado volume ( transformação isocórica ou isovolumétrica ) , a pressão e a temperatura absoluta de uma amostra gasosa são grandezas diretamente proporcionais: P 1 / P 2 = T 1 / T 2 Esta lei pode ser descrita pelas seguintes representações gráficas: Gráficos P = f ( T ) e P = f ( q )

39. Lei de Avogadro A pressão e temperatura constantes, o volume de uma amostra gasosa é diretamente proporcional ao número de moles existentes na amostra gasosa: V 1 / V 2 = n 1 / n 2 Esta relação demonstra que a percentagem, em volume, de uma amostra gasosa ideal é igual à respectiva percentagem molar: % ( V / V ) = % ( n / n ) Esta lei pode ser descrita pela seguinte representação gráfica: Gráfico V = f ( n )

40. Lei de Dalton As leis anteriores também se aplicam a misturas de dois ou mais gases considerados ideais. Nestes casos, a lei de Dalton diz que a pressão total da mistura gasosa é a soma das pressões parciais dos gases constituintes dessa mistura: P total = P 1 + P 2 + ... + P n A pressão parcial de um gás pode ser traduzida pelas expressões: P i V = n i RT ou P i = x i P total sendo x i a fração molar do gás i na mistura: x i = n i / n total A soma das frações molares de todos os constituintes da mistura gasosa é igual à unidade.

41. Para que serve um gráfico em Física? O gráfico serve para visualizar o comportamento das grandezas físicas envolvidas de uma maneira fácil e rápida. Através de um gráfico podemos verificar como varia uma grandeza (por exemplo, espaço ) em função de outra (por exemplo, tempo ).

42. Sistema de Eixos Cartesianos Ortogonais Para construir um gráfico, utiliza-se um sistema de eixos cartesianos ortogonais que são dois eixos perpendiculares entre si, sendo o ponto de intersecção denominado origem. Os valores das grandezas envolvidas são colocados utilizando uma escala adequada para cada eixo. O eixo na horizontal (por convenção) é denominado eixo das abscisas e nele são colocadas os valores da variável independente (por exemplo, tempo ). O eixo na vertical é denominado eixo das ordenadas e nele são colocados os valores da variável dependente (por exemplo, espaço ).

43. Localização de um ponto no plano cartesiano O par de coordenadas (t,S) localiza a posição do ponto no plano cartesiano definido pelos eixos cartesianos. Para tal traça-se uma perpendicular do ponto ao eixo das abscissas e outra perpendicular ao eixo das ordenadas, determinando, respectivamente, a abscissa e a ordenada do ponto.

45. S (m) t (s) 0 0 5 1 10 2 15 3 20 4 25 5

46. Determinação da inclinação da reta Observe que o gráfico S versus t da fig. 2 é uma reta passando pela origem, indicando que o espaço é uma função do 1 o . grau do tempo. A inclinação da reta é dada pelo cociente entre a diferença das ordenadas e a diferença das abscissas. No exemplo dado, escolhendo dois pontos quaisquer sobre a reta (fig. 2), A e B, para calcular a inclinação da reta: Inclinação da reta = ( S B - S A )/(t B - t A ) = (15 - 5) m / (3 - 1) s = (10 m) / (2 s) = 5 m/s O valor encontrado é o da velocidade, e podemos concluir que: A velocidade de um móvel pode ser determinada a partir do gráfico S versus t (quando este for uma reta) , pela inclinação da reta . Inclinação da reta = (S final - S inicial ) / ( t final - t inicial )

48. Essa lei tem aplicação prática em três transformações particulares de um gás perfeito. Lembrando que um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de um gás, o qual obedece às leis de Gay Lussac, lei de Boyle Mariotte e a lei de Charles.