Fases da Matéria e a Água na Natureza

Bem, segundo comentários de cada membro do blog após a leitura passada pelo professor Leôncio, vai aí o nosso comentário sobre os assuntos : "Fases da Matéria e a Água na Natureza":

No primeiro assunto, concluímos que as fases da matéria são determinadas pelas diferentes formas de agregação entre as partículas. O diagrama de fases de uma substância tem a representação gráfica dos valores de pressão e temperatura que determina a fase da substância e é constituído de três curvas, que separam as três fases (sólida, líquida e gasosa).
Já no segundo assunto, podemos tirar de conclusão que chuva, granizo e neve são precipitações. Quando a temperatura na nuvem e em suas proximidades se encontra a 0°C ou mais alta, a água mantém-se na fase líquida e cai a chuva. Quando uma súbita corrente de ar leva a nuvem para muito alto, onde a temperatura é inferior a 0°C, as gotas de água viram pedrinhas de gelo, que se juntam e caem sob a forma de granizo. Quando tanto a temperatura da nuvem como a do ar abaixo dela é inferior a 0°C, as gotinhas de água transformam-se em finos cristais de gelo, que vão se juntando e formam neve. Quando o vapor de água se condensa no ar logo acima da superfície, forma-se nevoeiro ou neblina.O nevoeiro é comum de madrugada, quando a temperatura do ar cai. Depois que o sol aparece, esquentando tudo, o nevoeiro some. Se estiver muito frio junto à superfície, o vapor de água transforma-se em gelo. É esse gelo que chamamos de geada.

Calor Específico e Calor Latente

Calor específico é uma grandeza física que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. É constante para cada substância em cada estado físico. Pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância (em determinado estado físico).
A unidade no SI é J/kg.K (Joule por Quilograma Kelvin). Uma outra unidade mais usual para calor específico é cal/g.°C (Caloria por Grama Grau Celsius).



Fórmulas

É possível calcular o calor específico de uma substância (c) a partir da capacidade térmica de um corpo composto por ela (C) e da massa desse corpo (m).


c = C/m



Também é possível determinar o calor específico de uma substância a partir da quantidade de calor cedida a um corpo dessa substância (Qc) , da variação térmica que ele sofre (▲T ), e da massa desse corpo.

c = Q/m . ▲T

formula também usada:


C.(temp final - temp inicial) + C.(temp final - temp inicial)=0.
ou ainda c.m.(temp final - temp inicial) + c.m.(temp final - temp inicial)=0

Calor latente é a grandeza física que determina a quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada substância deve receber para mudar de estado físico. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade é J/kg (Joule por quilograma). Outra unidade usual é caloria por grama (cal/g).
Para calcular o calor latente de uma subtância, basta dividir a quantidade de calor Q que a substância precisa ganhar ou perder para mudar de fase pela massa m da mesma.

L = Q/m -> Q - m . L

Temos que L é o calor latente em cal/g.

Usaremos:

Lf - para calor latente de fusão

Lv - para calor latente de vaporização.

Ls - para calor latente de solidificação.

Lc - para calor latente de condensação.

Nossa conclusão

Bem, podemos tirar de conclusão que calor específico define a variação de temperatura de qalquer substância desde que ela receba uma qualquer quantidade de calor. Já calor latente, determina a quantidade de calor que a massa de uma qualquer substância deve receber para mudar de estado físico. A unidade de medida do calor específico é Joule/Quilograma Kalvin ou Caloria/Grama Grau Celsius. Já a do calor latente é Joule/Quilograma ou Caloria/Grama, ou seja, os dois tipos de calores possuem várias diferenças, desde as fórmulas até as unidades de medidas.

Experiência:densidades diferentes

como veremos a seguir,essa esperiência tem a finalidade de mostrar as diferentes densidades da água,do álcool e do óleo.

óleo,copo vazio e álcool

como vemos,é colocada a água no copo.

como podemos ver, o copo está com

a água.

esta imagem,retrata o momento

em que é colocado o óleo no copo.

como vemos o copo já está com duas

camadas:a água e o óleo.

nesta imagem o álcool vai ser colocado.

vemos aí o resultado da experiência:

os três componentes equilibrados em

camadas devido às suas densidades.

Princípios da Termodinâmica

De acordo com o princípio da Conservação da Energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra. O primeiro princípio da Termodinâmica estabelece uma equivalência entre o trabalho e o calor trocados entre um sistema e seu meio exterior.

Consideremos um sistema recebendo uma certa quantidade de calor Q. Parte desse calor foi utilizado para realizar um trabalho t e o restante provocou um aumento na sua energia interna U.

A expressão U = Q - t

Representa analíticamente o primeiro princípio da termodinâmica cujo enunciado pode ser:

A variação da energia interna de um sistema é igual à diferença entre o calor e o trabalho trocados pelo sistema com o meio exterior.

Para a aplicação do primeiro princípio de Termodinâmica devem-se respeitar as seguintes convenções:

Q > 0: calor recebido pelo sistema.

Q <>

t > 0: volume do sistema aumenta.

t <>

U > 0: temperatura do sistema aumenta.

U <>

- Transformações Termodinâmicas Particulares:

a) Transformação iostérmica: Como a temperatura do sistema se mantém constante, a variação da energia interna é nula.

Por exemplo, considere um gás sofrendo uma expansão isotérmica conforme mostra as figuras.

A quantidade de calor que o gás recebe é exatamente igual ao trabalho por ele realizado. A área sombreada sob a curva é numericamente igual ao trabalho realizado.

• Transformação isométrica : como o volume do sistema se mantém constante, não há realização de trabalho.

Todo o calor trocado com o meio externo é transformado em variação da energia interna.

Se o sistema recebe calor:

Q > 0 ==> U > 0: temperatura aumenta se o sistema recebe calor.

Q > 0 ==> U <>

• Transformação isobárica: Numa transformação onde a pressão permanece constante, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais, ou seja, quando a temperatura aumenta o volume também aumenta.

U > 0 Þ temperatura aumenta

T < 0 ="="> volume aumenta

Parte do calor que o sistema troca com o meio externo está relacionado com o trabalho realizado e o restante com a variação da energia interna do sistema.

• Transformação adiabática: Nessa transformação, o sistema não troca calor com o meio externo; o trabalho realizado é graças à variação de energia interna.

Numa expansão adiabática, o sistema realiza trabalho sobre o meio e a energia interna diminui.

Expansão adiabática ocorre um abaixamento de temperatura.

Durante a compressão adiabática, o meio realiza trabalho sobre o sistema e a energia interna aumenta.

Ocorre uma elevação de temperatura.

- Transformação Cíclica:

Denomina-se transformação cíclica ou cilo de um sistema o conjunto de transformações sofridas pelo sistema de tal forma que seus estados final e inicial são iguais.

Como a temperatura final é igual à temperatura inicial, a energia interna do sistema não varia, havendo uma igualdade entre o calor e o trabalho trocados em cada ciclo.

Num diagrama p x V uma transformação cíclica é representada por uma curva fechada. A área interna do ciclo é numericamente igual ao trabalho total trocado com o meio exterior.

Quando o ciclo é percorrido no sentido horário, o sistema recebe calor e realiza tabalho; e no sentido anti-horário o sistema cede calor e recebe trabalho.

HIDROSTÁTICA: Pressão Atmosférica e a Experiência de Torricelli

A atmosfera terrestre é composta por vários gases, que exercem uma pressão sobre a superficie da Terra. Essa pressão, denominada pressão atmosférica, depende da altitude do local, pois à medida que nos afastamos da superfície do planeta, o ar se torna cada vez mais rarefeito, e, portanto, exercendo uma pressão cada vez menor.
O físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) realizou uma experiência para determinar a pressão atmosférica ao nível do mar. Ele usou um tubo de aproximadamente 1,0 m de comprimento, cheio de mercúrio (Hg) e com a extremidade tampada. Depois, colocou o tubo , em pé e com a boca tampada para baixo, dentro de um recipiente que também continha mercúrio. Torricelli observou que, após destampar o tubo, o nível do mercúrio desceu e estabilizou-se na posição correspondente a 76 cm, restando o vácuo na parte vazia do tubo.

Barômetro de mercurio.
Experimento realizado por Torricelli
em 1643.(esquerda)

Evangelista Torricelli (1608-1647)
Físico e matemático italiano que
foi discípulo de Galileu.(direita)

Na figura, as pressões nos pontos A e B são iguais (pontos na mesma horizontal e no mesmo líquido). A pressão no ponto A corresponde à pressão da coluna de mercúrio dentro do tubo, e a pressão no ponto B corresponde à pressão atmosférica ao nível do mar:
pB = pA è pATM = pcoluna(Hg)
Como a coluna de mercúrio que equlibra a pressã atmosférica é de 76 cm, dizemos que a pressão atmosférica ao nível do mar equivale à pressão de uma coluna de mercúrio de 76 cm. Lembrando que a pressão de uma coluna de líquido é dada por dgh (g = 9,8 m/s2), temos no SI :
pATM @ 76cmHg = 760mmHg = 1,01x105 Pa
A maior pressão atmosférica é obtida ao nível do mar (altitude nula). Para qualquer outro ponto acima do nível do mar, a pressão atmosférica é menor.

Os manômetros (medidores de pressão) utilizam a pressão atmosférica como referência, medindo a diferença entre a pressão do sistema e a pressão atmosférica. Tais pressões chamam-se pressões manométricas. A pressão manométrica de um sistema pode ser positiva ou negativa, dependendo de estar acima ou abaixo da pressão atmosférica. Quando o manômetro mede uma pressão manométrica negativa, ele é cjamado de manômetro de vácuo.

Manômetro utilizado em postos de gasolina (os médicos usam um sistema semelhante) para calibração de pneus. A unidade de medida psi (libra por polega ao quadrado) corresponde a, aproximadamente, 0,07 atm. Assim, a pressão lida no mostrador , 26 psi, é igual a aproximadamente, 1,8 atm.

A figura representa um manômetro de tubo aberto. Pela diferença de níveis do líquido nos dois ramos do tubo em U, mede-se a pressão manométrica do sistema contido no reservatório. Escolhendo os dois pontos A e B mostrados na figura, temos:

pA = pB
pSISTEMA = pATM + pLÍQUIDO
pSISTEMA = pATM = dgh
pMANOMÉTRICA = dgh