Física I – 2ª Certificação
Calorimetria
Calor (Q)
Calor é o nome dado à energia térmica em trânsito, ou seja, a energia térmica que se desloca de um corpo para o outro, seguindo as leis do equilíbrio térmico. A unidade de medida do calor no SI é o Joule (J). Porém, o Joule é pouco utilizado, sendo a unidade de medida de calor comumente usada a caloria (cal).
Calor Sensível
O calor sensível é o calor que um corpo recebe e que varia sua temperatura mas sem modificar seu estado físico. É determinado através da equação fundamental da calorimetria, sendo ela:
O calor sensível que um corpo recebe é diretamente proporcional à variação de temperatura que esse mesmo corpo sofre após receber tal calor. Ou seja, quanto maior a quantidade de calor sensível que um corpo recebe, maior sua variação de temperatura.
Já a massa de um corpo é inversamente proporcional à variação de temperatura que esse mesmo corpo sofre após receber determinada quantidade de calor sensível. Ou seja, quanto maior a massa de um corpo, menor sua variação de temperatura.
Trocas de Calor
Trocas de calor são as constantes transferências de energia térmica que ocorrem entre corpos ou entre um corpo e o ambiente. Em um recipiente termicamente isolado, onde há dois corpos e desconsiderando quaisquer trocas de calor que não as entre os dois corpos, verificamos a fórmula:
Estado Físico da Matéria
O estado físico da matéria é um conjunto de características e configurações macroscópicas que a matéria apresenta, variando de acordo com temperatura e pressão. Os três estados físicos são:
Sólido, quando a matéria tem volume e forma definidos e resiste à deformação. Nesse estado, as moléculas estão próximas umas das outras e rígidas.
Líquido, quando a matéria tem volume definido mas não forma, assumindo a forma do meio onde está contida. Nesse estado, as moléculas estão mais esparsas, permitindo que outros objetos “atravessem” a matéria, e mais agitadas que no estado sólido.
Gasoso, quando a matéria não tem nem forma nem volume definidos, espalhando-se ou comprimindo-se pelo ambiente onde está contida. Nesse estado, as moléculas estão completamente soltas umas das outras, realizando movimentos aleatórios pelo ambiente.
As transformações de um estado para o outro possuem denominações específicas, sendo elas:
Liquefação – Também chamada de condensação quando se referindo à água, é a transformação do estado gasoso para o líquido.
Vaporização – É a transformação do estado líquido para o gasoso, podendo ser de três formas diferentes, sendo elas:
o Evaporação, um processo lento e gradual, ocorrendo à temperatura ambiente
o Ebulição, um processo rápido, intenso e perceptível, pois o líquido borbulha quando está em ebulição. Ocorre somente se calor for aplicado ao líquido, sendo a temperatura exata em que ocorre a ebulição denominada temperatura ou ponto de ebulição, variando de substância para substância.
o Calefação, um processo quase instantâneo que ocorre quando o líquido entra em contato com uma superfície em alta temperatura.
Fusão – É a transformação do estado sólido para o líquido.
Solidificação – É a transformação do estado líquido para o sólido .
As transformações de estado físico podem ser classificadas em exotérmicas, quando há liberação de energia térmica, ou seja, perda de calor (liquefação e solidificação), e endotérmicas, quando há absorção de energia térmica, ou seja, ganho de calor (fusão e vaporização).
Calor Latente
O calor latente, diferentemente do calor sensível, é o calor que um corpo recebe que não varia sua temperatura, mas gera mudança de estado físico. Ex.: Aquecendo um cubo de gelo a -10°C, o calor recebido por ele é sensível até atingir 0°C. Após isso, o calor é latente até que todo o gelo sofra fusão, ou seja, torne-se água líquida.
O calor específico latente (L) determina a quantidade de calor que cada unidade de massa de determinada substância precisa receber para mudar seu estado físico. Ex.: O calor específico latente de fusão da água é 80 cal/g. Isso significa que 1 grama de gelo precisa receber 80 calorias para transformar-se em água líquida.
O calor específico latente é o mesmo nas transformações exotérmica e endotérmica entre dois estados físicos, embora positivo na endotérmica e negativo na exotérmica.
Calores Específicos Latentes da Água
SÓLIDO/LÍQUIDO LÍQUIDO/GASOSO
Fusão Solidificação Vaporização Liquefação
80 cal/g -80 cal/g 540 cal/g -540 cal/g
O calor específico latente é obtido através da fórmula:
Logo, a quantidade de calor latente pode ser obtida através da fórmula:
Onde:
Calor Total
O calor total consiste na soma das quantidades de calor sensível e latente recebidas ou cedidas por um corpo. Ex.: Para um cubo de gelo a -10°C atingir a temperatura de 120°C como vapor d’água, ele precisará de cinco quantidades de calor (três sensíveis e duas latentes) – a primeira (sensível) para variar de -10° a 0°C, a segunda (latente) para transformar-se em água líquida, a terceira (sensível) para variar de 0° a 100°C, a quarta (latente) para transformar-se em vapor d’água e, por fim, a quinta (sensível), para variar de 100° a 120°C. A quantidade de calor total será a soma dessas cinco quantidades de calor.
Física II – 2ª Certificação
Espelhos Esféricos
Espelhos esféricos são espelhos que, diferentemente do espelho plano, possuem uma curvatura em sua superfície, além de produzirem os mais diversos tipos de imagem. Podem ser classificados como côncavo, quando possuem a face espelhada no lado interno da curvatura, produzindo tanto imagens reais quanto virtuais, além de ampliar a imagem virtual, porém reduzindo o campo visual; ou convexo, quando possuem a face espelhada no lado externo da curvatura, produzindo apenas imagens virtuais, além de reduzir a imagem virtual, porém ampliando o campo visual.
Espelho Côncavo (face espelhada à esquerda)
)
Espelho Convexo (face espelhada à esquerda)
(
Conceitos
Imagem Real: A imagem produzida pelo espelho é classificada como real quando ela se forma na frente do espelho, ou seja, no mundo real. A imagem real pode ser projetada em um anteparo, como é o da imagem produzida por um projetor, por exemplo. Imagens reais são sempre invertidas e são produzidas apenas por espelhos esféricos côncavos.
Imagem Virtual: A imagem produzida pelo espelho é classificada como virtual quando ela se forma atrás do espelho, ou seja, no mundo virtual do espelho. A imagem virtual não pode ser projetada, mas pode ser visualizada sem a utilização de um anteparo. Imagens virtuais são sempre direitas e são produzidas por espelhos esféricos tanto côncavos quanto convexos.
Distância Focal e Raio de Curvatura
O foco de um espelho esférico (ponto F) é o ponto médio do segmento de reta que se forma entre o seu centro de curvatura (ponto C) e o seu vértice (ponto V). Ou seja, F é o ponto médio de , o que indica que . A medida desses dois segmentos congruentes é denominada distância focal, e é representada por f.
O segmento de reta formado entre o centro de curvatura e o vértice do espelho (segmento ) é denominado raio de curvatura, e sua medida é representada por R.
Portanto, nota-se que ou
Raios Luminosos Notáveis
Raios luminosos notáveis são raios de luz que seguem uma trajetória padrão, utilizados para determinar a formação de imagem em espelhos esféricos. São eles:
1. o raio paralelo ao eixo principal do espelho esférico, que, após refletir-se nele, retorna passando pelo foco;
2. o raio que passa sobre o foco do espelho esférico, que, após refletir-se nele, retorna paralelo ao eixo principal do espelho;
3. o raio que reflete-se no vértice do espelho esférico, refletindo-se com ângulos iguais de incidência e reflexão, de forma semelhante como ocorre em espelhos planos;
4. o raio que passa sobre o centro de curvatura do espelho esférico, que é revertido após refletir-se nele e retorna pela mesma trajetória.
Obs.: Nos espelhos esféricos convexos, o foco e o centro de curvatura estão localizados atrás do espelho. Portanto, são considerados os prolongamentos dos raios refletidos dos casos 1 e 4 e dos raios incidentes dos casos 2 e 4.
Formação de Imagem
A formação de imagem em espelhos esféricos se dá através do cruzamento de pelo menos dois raios luminosos notáveis. Enquanto o espelho convexo forma apenas um tipo de imagem, o côncavo forma cinco tipos diferentes de imagem, dependendo da posição do objeto.
Espelho Convexo
o Imagem virtual, direita e menor. Espelho Côncavo
1. Objeto além do centro de curvatura imagem real, invertida e menor; 2. objeto sobre o centro de curvatura imagem real, invertida e de
mesmo tamanho;
3. objeto entre o centro de curvatura e o foco imagem real, invertida e maior;
4. objeto sobre o foco imagem imprópria (não há formação de imagem);
5. objeto entre o foco e o vértice imagem virtual, direita e maior.
Equação Matemática de Gauss
Onde:
f = distância focal (distância entre o foco do espelho e o seu vértice); p = distância entre o objeto e o vértice do espelho;
p’ = distância entre a imagem do objeto e o vértice do espelho. Se , pode-se afirmar também que .
Referencial de Gauss
O referencial de Gauss é uma convenção que determina o sinal (positivo ou negativo) de diversas medidas de espelhos esféricos.
Toda medida vertical medida do eixo principal do espelho para cima é positiva; toda medida vertical medida do eixo principal do espelho para baixo é
negativa;
toda medida horizontal medida do vértice do espelho para a esquerda (para o ambiente real) é positiva;
toda medida horizontal medida do vértice do espelho para a direita (para o ambiente virtual) é negativa.
Com isso, pode-se afirmar que:
O tamanho o do objeto é sempre positivo;
a distância p entre o objeto e o vértice do espelho é sempre positiva; o tamanho i de uma imagem real é sempre negativo;
a distância p’ entre uma imagem real e o vértice do espelho é sempre positiva; o tamanho i de uma imagem virtual é sempre positivo;
a distância p’ entre uma imagem virtual e o vértice do espelho é sempre negativa;
o raio de curvatura R e a distância focal f de um espelho côncavo são sempre positivos;
o raio de curvatura R e a distância focal f de um espelho convexo são sempre negativos.
Aumento Linear Transversal
O aumento linear transversal (A) é uma grandeza que indica em quantas vezes o tamanho do objeto foi ampliado em relação à sua imagem (se A > 1 se a imagem for virtual ou A < -1 se a imagem for real) ou reduzido (se A < 1 se a imagem for virtual ou A > -1 se a imagem for real). Caso a imagem seja de mesmo tamanho que o objeto, A será igual a 1 (se a imagem for virtual) ou -1 (se a imagem for real).
