A MENTE QUE SE ABRE A UMA NOVA IDEIA JAMAIS VOLTARÁ AO SEU TAMANHO ORIGINAL.
Albert Einstein

domingo, 24 de maio de 2015

Exercícios de Termologia



1. (Unesp 2014)  O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.



A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que

a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada.   
b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada.   
c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região.   
d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura.   
e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite.   
  
  
2. (Cefet MG 2014) 

Na construção dos coletores solares, esquematizado na figura acima, um grupo de estudantes afirmaram que o tubo

I. é metálico;
II. possui a forma de serpentina;
III. é pintado de preto;
IV. recebe água fria em sua extremidade inferior.

E a respeito da caixa dos coletores, afirmaram que

V. a base e as laterais são revestidas de isopor;
VI. a tampa é de vidro.

Considerando-se as afirmações feitas pelos estudantes, aquelas que favorecem a absorção de radiação térmica nesses coletores são apenas
a) I e V.   
b) II e III.   
c) II e V.   
d) III e VI.   
e) IV e V.   
  
3. (Unifor 2014)  Para diminuir os efeitos da perda de calor pela pele em uma região muito “fria” do país, Gabrielle realizou vários procedimentos. Assinale abaixo aquele que, ao ser realizado, minimizou os efeitos da perda de calor por irradiação térmica.

a) Fechou os botões das mangas e do colarinho da blusa que usava.   
b) Usou uma outra blusa por cima daquela que usava.   
c) Colocou um gorro, cruzou os braços e dobrou o corpo sobre as pernas.   
d) Colocou um cachecol de lã no pescoço e o enrolou com duas voltas.   
e) Vestiu uma jaqueta jeans sobre a blusa que usava.   
  

4. (Uel 2013)  O cooler, encontrado em computadores e em aparelhos eletroeletrônicos, é responsável pelo resfriamento do microprocessador e de outros componentes. Ele contém um ventilador que faz circular ar entre placas difusoras de calor. No caso de computadores, as placas difusoras ficam em contato direto com o processador, conforme a figura a seguir. 

 Sobre o processo de resfriamento desse processador, assinale a alternativa correta.

a) O calor é transmitido das placas difusoras para o processador e para o ar através do fenômeno de radiação.   
b) O calor é transmitido do ar para as placas difusoras e das placas para o processador através do fenômeno de convecção.   
c) O calor é transmitido do processador para as placas difusoras através do fenômeno de condução.   
d) O frio é transmitido do processador para as placas difusoras e das placas para o ar através do fenômeno de radiação.   
e) O frio é transmitido das placas difusoras para o ar através do fenômeno de radiação.   
  
5. (Enem 2013)  Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.


A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi
a) igual no aquecimento e igual no resfriamento.   
b) maior no aquecimento e igual no resfriamento.   
c) menor no aquecimento e igual no resfriamento.   
d) maior no aquecimento e menor no resfriamento.   
e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.   

6. (Uel 2015)  Analise o gráfico a seguir, que representa uma transformação cíclica ABCDA de 1 mol de gás ideal.



a) Calcule o trabalho realizado pelo gás durante o ciclo ABCDA
b) Calcule o maior e o menor valor da temperatura absoluta do gás no ciclo (considere R= 8 J/mol K Justifique sua resposta apresentando todos os cálculos realizados.
  
 7. (Upe 2014)  Na figura a seguir, temos um êmbolo de massa M que se encontra em equilíbrio dentro de um recipiente cilíndrico, termicamente isolado e que está preenchido por um gás ideal de temperatura T.


 Acima do êmbolo, o volume de gás é quatro vezes maior que o abaixo dele, e as massas de cada parte do gás bem como suas temperaturas são sempre idênticas. Se o êmbolo tiver sua massa dobrada e não houver variações  nos volumes e nas massas de cada parte do gás, qual é a relação entre a nova temperatura, T’, e a anterior de maneira que ainda haja equilíbrio? Despreze o atrito. 
a) T’ = 3T/4    
b) T’ = T/2    
c) T’ = T   
d) T’ = 2T    
e) T’ = 4T   
  
8. (Uece 2014)  Seja um recipiente metálico fechado e contendo ar comprimido em seu interior. Considere desprezíveis as deformações no recipiente durante o experimento descrito a seguir: a temperatura do ar comprimido é aumentada de 24 °C para 40 °C. Sobre esse gás, é correto afirmar-se que 
a) sua pressão permanece constante, pois já se trata de ar comprimido.    
b) sua pressão aumenta.    
c) sua energia interna diminui, conforme prevê a lei dos gases ideais.    
d) sua energia interna permanece constante, pois o recipiente não muda de volume e não há trabalho realizado pelo sistema.    
  
9. (Pucrj 2010)  Uma quantidade de gás passa da temperatura de 27oC = 300K a 227oC = 500K, por um processo a pressão constante (isobárico) igual a 1 atm = 1,0 x 105 Pa.

a) Calcule o volume inicial, sabendo que a massa de gás afetada foi de 60 kg e a densidade do gás é de 1,2 kg/m3.
b) Calcule o volume final e indique se o gás sofreu expansão ou contração.
c) Calcule o trabalho realizado pelo gás.

10. (Ufpe 2013)  Um gás ideal passa por uma transformação termodinâmica em que sua pressão dobra, seu número de moléculas triplica, e seu volume é multiplicado por um fator de 12. Nessa transformação, qual a razão entre as temperaturas absolutas final e inicial do gás? 
  
11. (Ufes 2015)  A figura abaixo apresenta um conjunto de transformações termodinâmicas sofridas por um gás perfeito. Na transformação 1 - 2 são adicionados 200 J de calor ao gás, levando esse gás a atingir a temperatura de 600 C no ponto 2 A partir desses dados, determine


a) a variação da energia interna do gás no processo 1 - 2
b) a temperatura do gás no ponto 5
c) a variação da energia interna do gás em todo o processo termodinâmico 1 - 5 


12 . TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma amostra de um elemento puro cuja massa é de 1kg observada durante 9 minutos.


 A amostra está no estado sólido a 0 C no instante  t = 0 e é aquecida por uma fonte de calor que lhe transmite energia a uma taxa de 2000 J/min supondo que não haja perda de calor.  O processo que ocorre na fase sólida envolve um trabalho total de 0,1Kj . Determine  Nessa fase, a variação da energia interna da amostra .
  
13. (Uern 2013)  A variação da energia interna de um gás perfeito em uma transformação isobárica foi igual a 1200 J. Se o gás ficou submetido a uma pressão de 50 N/m2 e a quantidade de energia que recebeu do ambiente foi igual a 2000 J, então, a variação de volume sofrido pelo gás durante o processo foi

a) 10 m3.              b) 12 m3              c) 14 m3              d) 16 m3.   
  
14. (Uem 2012)  Um cilindro com pistão, contendo uma amostra de gás ideal, comprime a amostra de maneira que a temperatura, tanto do cilindro com pistão quanto da amostra de gás ideal, não varia. O valor absoluto do trabalho realizado nessa compressão é de 400 J. Sobre o exposto, assinale o que for correto.
01) O trabalho é positivo, pois foi realizado sobre o gás.   
02) A transformação é denominada adiabática.   
04) A energia interna do gás aumentou, pois este teve seu volume diminuído.   
08) O gás ideal cedeu uma certa quantidade de calor à vizinhança.   
16) A quantidade de calor envolvida na compressão de gás foi de 200 J.   
  


Gabarito:  

Resposta da questão 1:
 [B]

O calor específico sensível representa uma espécie de "resistência" do material, ou da substância, à variação de temperatura. Assim, devido ao baixo calor específico, a temperatura da areia varia rapidamente quando recebe ou cede calor. Relativamente à areia, a água tem alto calor específico; havendo pouco vapor d’água na atmosfera, não há um regulador térmico para impedir a grande amplitude térmica.  

Resposta da questão 2:
 [B]

[I] O tubo metálico é para favorecer a condução do calor para a água.
[II] O tubo em forma serpentina aumenta o comprimento, favorecendo a absorção.
[III] O tubo pintado de preto favorece a absorção.
[IV] A água fria entra por baixo para haver convecção.
[V] O isolamento é para evitar condução.
[VI] O vidro é para evitar a condução para o meio externo.  

Resposta da questão 3:
 [C]

A irradiação depende da temperatura do corpo e da área de exposição. Cruzando os braços e dobrando o corpo sobre as pernas, ela diminuiu essa área de exposição.  

Resposta da questão 4:
 [C]

O processador e as placas difusoras estão em contato, portanto a transmissão do calor se dá por condução.  

Resposta da questão 5:
 [E]

Em relação à garrafa pintada de branco, a garrafa pintada de preto comportou-se como um corpo  melhor absorsor durante o aquecimento e melhor emissor durante o resfriamento, apresentando, portanto, maior taxa de variação de temperatura durante todo o experimento.  

Resposta da questão 6:
40J, 11,25K e 1,25K


Resposta da questão 7:
D

Resposta da questão 8:
B

Resposta da questão 9:
50, 83,3 , 3,3x106

Resposta da questão 10:
8

Resposta da questão 11:
200J, 60C, 200J

Resposta da questão 12:
08

terça-feira, 24 de março de 2015

O mundo, às vezes, confuso da física quântica

Morto e vivo: Como o gato de Schrodinger, Denzel Washington ficou preso em uma onda quântica

Ciência explica os paradoxos e as reviravoltas de filmes como ‘Déjà Vu’, em cartaz em VR, e ‘A Casa no Lago’


Primeiro foi a Sandra Bullock, que quase fundiu a cabeça da platéia com seu romance através do tempo em “A Casa no Lago. Agora é o diretor Tony Scott e o astro Denzel Washington que deixam o público confuso com a história de um homem que viaja no tempo, impede um ataque terrorista e fica vivo e morto ao mesmo tempo. Não se preocupe, no mundo das múltiplas realidades e dos laços temporais antevisto pela física moderna tudo isso e muito mais é perfeitamente possível. Como já mostrou o Jet Li, que lutou contra ele mesmo naquele filme de Kung Fu quântico, “O Confronto”.
Mas, afinal, quem é essa tal de física quântica? Ela foi criada em meados do século passado para explicar fenômenos que ocorrem dentro dos átomos e que não podem ser explicados pela física clássica, Newtoniana. E como tudo que existe é feito de átomos e partículas atômicas a física quântica tornou-se uma peça fundamental em uma série de campos de pesquisa, que vão da física da matéria condensada à teoria dos computadores avançados, e a física nuclear e molecular. O nome quântico vem de quanta, pacotes de energia que são trocados por átomos e moléculas.
Um dos criadores da física quântica foi o cientista Erwin Schrödinger, amigo de Albert Einstein (criador da Teoria da Relatividade). Como Einstein, Schrödinger gostava de realizar experiências imaginárias, ou “gedanken experiments”, como Einstein os chamava em alemão. Uma dessas experiências ficou conhecida como “experiência do gato de Schrödinger” e ilustra muito bem o mundo fantasmagórico do universo quântico e subatômico. Um gato é colocado em uma caixa fechada, junto com uma amostra de material radioativo e um contador Geiger. Em uma hora existe 50% de possibilidade da substância emitir uma partícula nuclear, acionando o contador Geiger. Nesse caso, o contador vai detonar um frasco de ácido cianídrico, cujo gás matará o gato em poucos segundos (calma, essa é uma experiência “gedanken”, Schrodinger não fez isso de verdade com um gatinho).
Existem 50% de chances do gato morrer ou do gato viver. Se forem isolados do resto do universo, o gato, a caixa, e a armadilha mortal se tornam um sistema quântico que pode existir como uma mistura de estados. Duas realidades, uma onde o gato está vivo, e outra onde ele está morto. Segundo Schrodinger, este universo duplo só deixa de existir quando a caixa for aberta. Porque a abertura da caixa provoca o que os cientistas chamam de decoerência quântica, induzindo a um colapso da função de onda e criando uma única realidade. Onde o gato está vivo ou morto e não vivo-morto como antes.
Isso é o que acontece no universo subatômico, onde uma partícula pode existir em múltiplos estados até que uma observação, uma interferência externa defina o seu estado final. Schrodinger, Einstein, Planck e outros pioneiros achavam que isso só acontecia no mundo submicroscópico, mas a moderna teoria das viagens no tempo sugere que o universo pode ser uma função de onda com múltiplos estados coexistentes, como na experiência do gato de Schrodinger.
DÚVIDA - Se uma pessoa viajar para o passado e matar ou salvar alguém em outra época, será que ela muda o futuro ou cria um futuro alternativo, que coexiste com o futuro de onde ela veio? Depende. Um caso clássico é o episódio “O Dia em Que o Céu Desabou”, da série de televisão “O Túnel do Tempo”. Tony Newman é um menino de 9 anos, que vive com sua mãe Susan em Pearl Harbor, no Havaí. O pai dele é oficial da Marinha norte-americana e trabalha na base naval ao lado. Um dia, na manhã de 7 de dezembro de 1941, dois homens estranhos entram na casa, seqüestram Tony e sua mãe e os deixam em uma colina, momentos antes da casa e da base serem destruídas pelo ataque da aviação japonesa. O pai do menino morre no bombardeio.
Tony vai para a Califórnia, estuda física e se torna um cientista respeitado. No dia 7 de janeiro de 1968, ele é o cientista chefe do “Túnel do Tempo”, um projeto secreto do governo norte-americano instalado no Arizona. O túnel do tempo abre um “wormhole”, um túnel entre o presente e épocas passadas e futuras. Viajando pelo túnel do tempo, Tony e seu colega, doutor Doug Phillips, vão parar em Pearl Harbor no dia 7 de janeiro de 1941, onde o Tony Newman de 1968, que tem 36 anos de idade, salva o Tony Newman de 1941, que tem 7 anos de idade e sua mãe.
A aventura do “Túnel do Tempo” não provoca o paradoxo de uma realidade múltipla porque Tony não muda o passado. Apesar de seus esforços, ele só consegue salvar sua mãe e a si próprio e seu pai morre no bombardeio. Mas o que acontece se o viajante mudar o passado, como o personagem do Denzel Washington em “Déjà Vu”? Ele deixa de existir? O mundo de onde ele veio desaparece? Para entender o paradoxo vamos criar uma situação totalmente imaginária, uma experiência “gedanken” como diria Albert Einstein e seu amigo Erwin Schrodinger.
A experiência ‘gedanken’


Imagine uma história de ficção envolvendo uma mãe e uma filha que vivem na cidade de Passadena, na Califórnia. Lora tem 6 anos de idade e adora sua mãe Lisa West, que é violinista na Filarmônica de Los Angeles. A menina quer estudar musica e tocar numa grande orquestra. No dia de seu aniversário de 7 anos, a mãe a leva para assistir a um ensaio da orquestra, mas na volta para casa acontece uma tragédia. Elas param num shopping center para comprar comida para o jantar e um franco-atirador, vestido de preto, fuzila Lisa diante da filha e depois mata uma porção de gente no estacionamento.
Lora sobrevive, mas fica tão chocada que decide não estudar mais música, nem nada que se relacione com aquele dia trágico. Ela vai para a Caltech, o Instituto de Tecnologia da Califórnia, onde estuda com o físico Kip Thorne, o grande teórico de viagens no tempo. Com o conhecimento adquirido na Caltech, Lora constrói uma máquina do tempo e volta para aquele dia fatídico no estacionamento do shopping. E quando o franco-atirador aparece para matar sua mãe ela o atropela com um carro, e impede a tragédia.
Mas se Lisa não morrer, sua filha vai continuar a estudar música e se tornará violoncelista da Orquestra Sinfônica e não uma física nuclear. Todavia, para que Lisa não morra é preciso que Lora construa a máquina do tempo e volte para salvá-la do psicopata. Se o futuro onde Lora é física nuclear for anulado, o futuro onde Lora é violoncelista não poderá existir. Pela teoria moderna das viagens no tempo essas duas realidades passam a coexistir. Um mundo com dois futuros, onde a Lora que viu a mãe morrer pode reencontrar a sua mãe viva e dar-lhe num novo futuro, em algum lugar do passado.
O cinema ainda nem explorou todas as possibilidades e as platéias que se acostumem com esses paradoxos. Porque no universo multidimensional das cordas cósmicas e partículas quânticas tudo é possível nos infinitos caminhos do tempo. (JLC)

segunda-feira, 2 de março de 2015

Porque os dedos enrugam na Água

Uma pesquisa realizada por cientistas na Grã-Bretanha indica que o fato de os dedos ficarem enrugados depois de algum tempo na água pode ser uma vantagem adquirida pelo ser humano durante sua evolução por milhares de anos.

Veja as descobertas curiosas dos cientistas

Foto 11 de 12 - Cientistas da Universidade de Newcastle, no norte da Inglaterra, fizeram um experimento para investigar a razão de os dedos ficarem enrugados na água. Segundo eles, as rugas tornam mais fácil o manuseio de objetos embaixo d"água, função evolutiva que pode ter sido vantajosa quando os primeiros homens procuravam por alimentos em lagos e rios iStockphoto/Getty Images
Os cientistas da Universidade de Newcastle, no norte da Inglaterra, decidiram investigar a razão de os dedos ficarem enrugados na água por meio de um experimento.

Eles pediram a voluntários para pegar bolas de gude imersas em um balde d'água com uma mão e passá-las por uma pequena abertura para a outra mão, para colocá-las em outro local. Os voluntários com os dedos enrugados pela umidade completaram a tarefa mais rápido do que os voluntários com os dedos lisos.

O estudo sugere que as rugas têm a função específica de tornar mais fácil o manuseio de objetos embaixo d'água ou de superfícies molhadas em geral, o que pode ter sido uma vantagem para os primeiros humanos quando procuravam por alimentos na natureza.

Primatas

Por muito tempo, acreditava-se que os dedos enrugados indicavam simplesmente o inchaço da pele devido ao contato prolongado com a água. Ou seja, tratava-se de uma reação automática, provavelmente sem nenhuma função.

As últimas pesquisas, entretanto, revelaram que as rugas são um sinal de vasoconstrição como resposta à água, o que, por sua vez, é uma reação controlada pelo sistema nervoso.

"Se os dedos enrugados fossem apenas o resultado do inchaço da pele ao entrar em contato com a água, eles poderiam ter uma função, mas não necessariamente", disse o cientista Tom Smulders, do Centro de Comportamento e Evolução da Universidade de Newcastle.

"Por outro lado, se o sistema nervoso está ativamente controlando essa reação em certas circunstâncias e não em outras, é mais fácil concluir que há uma função por trás disso que é resultado da evolução. E a evolução não teria selecionado essa resposta se ela não nos conferisse algum tipo de vantagem."

Segundo os cientistas, para nossos ancestrais, ter dedos que agarram melhor objetos úmidos certamente teria sido uma vantagem na busca por alimentos em lagos e rios. Smulders disse que seria interessante, agora, verificar se outros animais, especialmente os primatas, têm a mesma característica.

"Se está presente em muitos primatas, então minha opinião é que sua função original pode ter sido locomotora, ajudando a se deslocar em vegetação úmida ou árvores molhadas. Por outro lado, se é apenas em humanos, então podemos considerar que é algo muito mais específico, como procurar por comida dentro e à beira de rios."

domingo, 1 de março de 2015

O Comportamento Anômalo da Água

Aquecendo certa massa m de água, inicialmente a 0 °C, até a temperatura de 100 °C, verificamos que de 0 °C a 4 °C o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo contração. A partir de 4 °C, continuando o aquecimento, o nível da água sobe, o que significa aumento de volume, ocorrendo dilatação.



Portanto, a água apresenta comportamento excepcional, contraindo-se quando aquecida de 0 °C a 4 °C. O gráfico abaixo mostra aproximadamente como varia o volume da água com o aumento de temperatura.

Observe que a 4 °C a massa m de água apresenta volume mínimo.

A densidade (d = m/V) varia inversamente com o volume V. Então, de 0 °C a 4 °C a densidade da água aumenta, pois o volume diminui,nesse intervalo. Acima de 4 °C, o volume da água aumenta e, portanto, a densidade diminui. Sendo o volume da água mínimo a 4 °C, nessa temperatura ela apresenta sua densidade máxima. O gráfico abaixo mostra como a densidade da água varia com o temperatura: verifica-se que sua densidade máxima (0,99997 g/cm³ @ 1 g/cm³) ocorre rigorosamente à temperatura de 3,98 °C ( 4 °C).


O comportamento particular da água explica por que certos lagos se congelam na superfície, permanecendo líquida a água no fundo. No figura abaixo, está representado o corte de um lago. Quando caí a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção: a água da superfície, mais fria, desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, que, sendo mais quente, sobe.


No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 °C, a movimentação por diferença de densidade não é mais possível, pois a essa temperatura a água tem densidade máxima. Continuando o resfriamento do ambiente, a densidade da água superficial diminui, não podendo mais descer. Assim, chega a se formar gelo na superfície e a água no fundo permanece líquida. Contribui para esse fenômeno o fato de a água e o gelo serem isolantes térmicos. No diagrama abaixo, representa-se uma situação em que o ambiente está a - 5 °C e a água no fundo está a 4 °C.




Fonte:
RAMALHO JUNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os fundamentos da física.Ed.MODERNA

terça-feira, 10 de fevereiro de 2015

A Dilatação e a Torre Eiffel




Torre Eiffel , 11 de julho

Esta é a  Torre Eiffel, que tem 324 m de altura (da base até as antenas no topo) e é toda de ferro, lembrei-me de um detalhe físico importante: a rigor, conforme a temperatura ambiente varia, a torre muda de altura por efeito da dilatação e da contração térmicas!


A  temperatura ambiente nesta época do ano está alta pois é verão no hemisfério norte. Mas no inverno a temperatura ambiente cai drasticamente. E com toda essa possível variação térmica a torre vai ter diferentes alturas por causa da amplitude térmica anual local.

Pesquisei e descobri que em Paris as temperaturas (médias) mínima e máxima ao longo de um ano podem ser Tmin = -5oC e Tmáx = 35oC. Logo, a amplitude térmica vale ΔT = 35 - (-5) = 35 + 5 = 40oC. Sabendo que o coeficiente de dilatação térmica linear do ferro mede α = 1,1.10-5 oC-1, podemos estimar a variação ΔL no comprimento L da Torre pelo seguinte modelo de dilatação térmica linear:

Conclusão: a Torre Eiffel varia a sua altura em pouco mais de 14cm ao longo de um ano, ou seja, entre as temperaturas mínima e máxima de Paris. E é claro que esta mudança de altura da ordem de uma dezena  de centímetros é imperceptível frente ao tamanho da torre, da ordem de centenas de metros. Mas, se a dilatação não for levada em conta, pode gerar tensões perigosas para a integridade física da torre. Certamente, na construção da torre, isso foi pensado.

Detalhe da Torre Eiffel, 11 de julho

sexta-feira, 6 de fevereiro de 2015

Mão não é Termômetro .


Ao tocar o granito, com menor temperatura, perdemos calor para ele

Dulcidio Braz Júnior

No sul do país o inverno está bem rigoroso. No interior de São Paulo a temperatura ambiente anda muito baixa, até mesmo durante o dia.

Ontem, ao final da tarde, fui fazer um café para "dar uma aquecida" e acompanhar um lanchinho de final de dia. Tenho na cozinha do meu apartamento um pequeno balcão de granito para lanches rápidos. Quando peguei a garrafa térmica, com corpo de plástico, sem querer encostei na pedra do balcão. E senti que o granito estava muito frio, bem mais frio do que o plástico da garrafa térmica.
Será mesmo verdade que a temperatua do granito era menor do que a temperatura do corpo plástico da garrafa térmica? Sem um termômetro para medir as temperaturas destes objetos, o teste foi feito apenas ao toque da mão. Prevaleceu, portanto, a minha sensação térmica que indicava que sim: o granito parecia bem mais gelado.
Mas lembrei-me dos bons conceitos físicos. E divido-os com você.
  1. Pra começar, na natureza, os corpos de maior temperatura tendem a perder calor (ou energia térmica) para os corpos de menor temperatura. Assim, espontaneamente, corpos mais quentes esfriam enquanto que os mais frios esquentam. Logo, por conta disso, a tendência natural é que os corpos acabem atingindo a mesma temperatura. E numa mesma temperatura, não trocam mais calor e, portanto, mantém a temperatura estável e igual. Chamamos a esta situação de Equilíbrio Térmico. E a temperatura, neste caso, é conhecida como temperatura de equilíbrio.
    Lembre-se de que o calor passa espontaneamente do corpo de maior para o corpo de menor temperatura. É preciso haver uma diferença de temperaturas para que os corpos troquem calor espontaneamente.
  2. É comum, num ambiente como a minha cozinha, os objetos trocarem calor entre si (e também com o ambiente, o tempo todo. Desta forma, é bastane razoável consideramos que, na média, os corpos neste ambientes estejam em equilíbrio térmico com o amtiente e, portanto, entre si.
    É claro que se você ligar um forno a gás na cozinha, teremos a liberação de energia térmica  pela a combustão que fará com que o interior do fogão fique mais aquecido do que o resto do ambiente. Da mesma forma, dentro da geladeira é comum a temperatura ser menor do que a do ambiente. Mas, tanto no forno quanto na geladeira, temos processos ativos internos que "gastam" energia para fugir do equilíbrio térmico com o ambiente. Espontaneamente, é sempre bem razoável considerarmos que todos os objetos da cozinha estão numa mesma temperatura. Da mesma forma, todos os objetos da sala ou do quarto ou em qualquer ambiente estão em equilíbrio térmico porque ficam o tempo todo trocando calor e buscando equilíbrio.
Com base nos coceitos acima, é fisicamente sensato imaginarmos que o granito do balcão estava em equilíbrio térmico com o ambiente bem como a garrafa térmica em equilíbrio com o ambiente e, portanto, com o granito. Logo, o granito (mais gelado ao toque) não tinha temperatura menor do que o corpo plástico da garrafa, embora eu pudesse jurar que sim!
Já de cara, vamos esquecer das mãos como termômetro, certo? Mão não mede nem sequer estima a temperatura. Mão não é termômetro! Nossa pele tem sensores térmicos, é fato. Mas estes se adaptam às situações externas e, portanto, não mantém um padrão fixo para servir de referência para uma medida confiável. Se você, por exemplo, estiver lavando louça com água fria da torneira, sem aquecimento, ao tocar no rosto de uma pessoa pode achar que ela está com febre. Na verdade, a sua pele se adaptou à situação de baixa temperatura da água e seu sistema nervoso "acha" que a pele da pessoa está mais quente do que de fato está. Ao contrário, se estivesse assando pão, em contato direto com o forno bem quente, tocando a mesma pessoa teria a sensação de que ela está mais gelada e não tem febre. Então insisto: mão não é termômetro!
Em segundo lugar, nossa temperatura corporal interna fica por volta dos 36,5oC. Somos mamíferos. Na pele, externamente, a temperatuara é ligeiramente mais baixa (uns dois ou três graus a menos). Mas ainda assim costuma ser maior do que a temperatura ambiente média. Logo, quando tocamos qualquer objeto com temperatura menor do que a do nosso corpo, perdemos calor para ele. Este fluxo de calor para fora do nosso corpo indica para o nosso sistema nervoso que o objeto tocado está numa temperatura menor do que a nossa temperatura corporal. Certo? Só que tem um detalhe importante: cada objeto é feito de um material diferente; e cada material diferente conduz calor de uma forma diferente. Por isso classificamos materiais como bons ou maus condutores de calor. E mesmo dois bons ou dois maus condutores de calor podem ser diferentes entre si.
O granito é melhor condutor de calor do que o plástico. Assim, ao tocarmos no granito e no plástico, ambos à mesma temperatura ambiente, perdemos calor para os dois. Só que para o granito, melhor condutor, perdemos calor mais rapidamente. E para o plástico, pior condutor, perdemos calor mais lentamente. Nosso sistema nervoso "percebe" esta diferença de fluxo temporal de calor mas "acredita" que estamos perdendo calor mais rapidamente para o granito porque ele está mais frio do que o plástico e não porque ele é melhor condutor. Mais uma vez insisto que nossas mãos não são termômetros. E acabamos por sofrer esta "ilusão térmica" que na prática nos confunde quanto às temperaturas dos objetos.
Deu para entender esta sutileza da Termofísica?
É por isso que alguns tipos de piso (cerâmicos ou de pedra) são chamados de frios. São materiais que conduzem melhor o calor do que a média. Ao toque, sempre parecem estar mais frios do que o ambiente. No verão, é uma delícia andar descalço nestes pisos. Já no inverno, a experiência é cruel!

:: Alumínio X PET

O alumínio (metal) é melhor condutor de calor do que o PET (plástico)

Para encerrar nosso papo, um outro exemplo bem cotidiano e que aborda uma situação que talvez você já tenha vivido.
Ao chegar em casa, num dia de verão, louco para tomar algo bem gelado, você abre a geladeira e, para a sua felicidade, tem refirgerante! E você tem o mesmo refrigerante em duas opções: em lata e em garrafa PET. Na dúvida, você toca os dois com a mão para saber qual está mais gelado. E certamente decide abrir a latinha! Certo?
Agora que você já leu o meu texto, pergunto: é confiável afirmar que o refrigerante da lata está mais gelado que o refrigerante da garrafa PET?
Se você respondeu que não, entendeu o espírito da coisa! Veja:

  • Mão como termômetro é um desastre, você já sabe. 
  • E, se tanto a latinha quanto a garrafa foram colocadas na geladeira há bastante tempo, é muito provável que ambas estejam na mesma temperatura, na temperatua de equilíbrio térmico do sistema que é a temperatura interna da geladeira. 
  • A condutibilidade térmica do metal é certamente diferente da contutibilidade térmica do plástico.
Conclusão: o alumínio (metal) da latinha, melhor condutor do que o PET (plástico) da garrafa, ao toque, vai roubar calor da sua mão mais rapidamente e por conta do maior fluxo de calor provocar a "ilusão térmica" de que a latinha está mais gelada, mesmo que ambas (latinha e garrafa) estejam na mesma temperatura!

Isso já foi tema de vestibular e até do ENEM. Se você não conhecia esta importante ideia física, agora conhece! Faça o teste com diversos objetos ao seu redor e, mesmo prevendo que estão em equilíbrio térmico com o ambiente e entre si, vai perceber que para as suas mãos (e o seu sistema nervoso) uns parecem mais gelados enquanto outros parecem mais frios. Além da ilusão Óptica, também podemos sofrer ilusão Térmica! 

quarta-feira, 4 de fevereiro de 2015

Calor e Temperatura são diferentes?



Como em todos os nossos encontros, começamos com o tema do dia: calor.
É comum entre nós a confusão entre calor e temperatura. Vamos tentar acabar com ela de uma vez por todas: temperatura é uma grandeza que mede o grau de agitação das moléculas. Já o calor é energia. E não é uma energia qualquer.



Quando um corpo transfere energia para outro devido à diferença de temperatura existente entre eles, observa-se o conceito de calor.

Portanto essa energia só existe se estiver em movimento. Tal transferência ocorre até que os corpos igualem suas temperaturas, chegando, então, ao equilíbrio térmico.



Moçada, essa transferência de energia pode ocorrer por duas razões: para que um corpo utilize esse calor para modificar sua temperatura ou para que esse corpo modifique o estado físico da matéria. Lembre que as provas atuais de vestibular estão cobrando o conhecimento de conceitos.



Caro amigo, nunca se esqueça de que, durante uma mudança de estado físico da matéria, não pode ocorrer mudança de temperatura no corpo e vice-versa. O calor para efetuar mudança na temperatura do corpo é conhecido como calor do tipo sensível, enquanto o calor para realizar mudança de estado físico da matéria é chamado de calor do tipo latente.

As mudanças de estado físico são: fusão, passagem do estado sólido para o líquido; vaporização, passagem do estado líquido para o gasoso; condensação, de gasoso para líquido; solidificação, de líquido para sólido; sublimação, de sólido diretamente para gás; e ressublimação, ao passar de gás diretamente para sólido.

É fácil verificar que a fusão e a solidificação são mudanças inversas, assim como a vaporização e a condensação também o são.

É muito importante lembrar que as mudanças de estado físico que devem receber calor para serem realizadas são a fusão, a vaporização e a sublimação. Para que as outras aconteçam, é necessário haver perda de calor.

À aquisição de energia por um corpo, chamamos de processo endotérmico. Aos processos de perda de energia, damos o nome de exotérmicos.

O calor liberado por um corpo é necessariamente recebido por um ou por outro corpo de um sistema, uma vez que não há trocas com corpos externos.

A esse sistema, que não troca calor com o exterior, denominamos sistema isolado termicamente. A soma dos calores nesses sistemas é sempre nula.

E por hoje chega. Logo estaremos juntos novamente. Calorosos abraços e, como sempre, bons estudos!


TIRINHA DO DIA


CURIOSIDADE DO DIA

Por que os líquidos borbulham ao ferver?


Ferver,  significa entrar em ebulição, mudar do estado líquido para o gasoso. "Quando um líquido é aquecido até seu ponto de ebulição, ele começa a sofrer essa mudança de estado físico. Partes do líquido no interior do recipiente viram gás e formam as bolhas que, por serem menos densas do que o líquido, sobem até a superfície e se desprendem para a atmosfera".
Esse efeito é tão perceptível quando fervemos água no fogão. "Como o fogo aquece a parte de baixo da panela, as primeiras moléculas a evaporar são as debaixo, que sobem por todo o líquido formando um conjunto grande de bolhas subindo pela panela", finaliza.

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