Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II - Coggle Diagram
FÍSICA GERAL E
EXPERIMENTAL II
TEMPERATURA E CALOR
Temperatura
Um dos principais ramos da física e da engenharia é a termodinâmica. A termodinâmica é uma área que estuda as transferências de energia. Busca compreender as relações entre calor, energia e trabalho, analisando quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico
A temperatura é uma das grandezas fundamentais do SI e está relacionada às nossas
sensações de quente e frio
As moléculas constituintes da matéria estão sempre em movimento, denominado agitação térmica. A energia cinética associada a esse movimento é denominada energia térmica. Também podemos considerar a temperatura
de um corpo como a medida do grau de agitação de suas moléculas
A situação final de equilíbrio, caracterizada pela igualdade das temperaturas dos corpos, constitui o equilíbrio térmico. Assim, dois corpos em equilíbrio térmico possuem obrigatoriamente temperaturas iguais. Uma vez alcançada essa situação, não há mais transferência de calor entre eles
No SI, a temperatura é medida na escala Kelvin, que se baseia no ponto triplo da água. Esta temperatura padrão é 273,16 K
Dilatação térmica
A dilatação térmica dos materiais com o aumento de temperatura deve ser levada em conta em muitas situações da vida prática.
Para que a dilatação não cause destruição, os engenheiros utilizam as juntas de dilatação, que constituem um pequeno espaço entre blocos de concreto ou ferro que é preenchido no caso de aumento de temperatura, o que impede danos às construções.
Se a temperatura de uma barra metálica de comprimento aumenta de um valor Δ𝑇, o comprimento aumenta de valor:
Δ𝐿 = 𝐿o𝛼Δ𝑇
O aumento do volume correspondente é:
Δ𝑉= 𝑉o𝛾Δ𝑇
Os coeficientes de dilatação volumétrica e dilatação linear de um sólido estão relacionados através da equação:
𝛾 = 3𝛼
Calor
O Calor é a energia transferida de um sistema para o ambiente ou vice-versa devido a uma diferença de temperatura
O calor é energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas. O calor pode ser medido em joule (J), calorias (cal), quilocalorias (Cal ou kcal) ou British termal units (Btu),
Se o objeto tem massa:
𝑄 = 𝑐mΔ𝑇
A propagação do calor pode ocorrer por três processos diferentes: condução, convecção e irradiação
A TEORIA CINÉTICA DOS
GASES
A teoria cinética dos gases relaciona volume, pressão e temperatura de um gás ao movimento dos átomos.A teoria cinética dos gases tem muitas aplicações práticas como por exemplo o motor a vapor, a geração da energia elétrica numa usina termoelétrica, o balão de ar quente e outros.
Gás ideal ou perfeito é um gás hipotético, isto é, um modelo, definido para que as grandezas que o caracterizam possam ser relacionadas por expressões matemáticas simples.
O estado de um gás é caracterizado pelos valores assumidos por três grandezas, o volume, a pressão e a temperatura
Lei dos gases ideais
Um gás ideal é um gás para o qual a pressão, o volume e a
temperatura estão relacionados através da equação:
𝑝V= 𝑛RT
AS LEIS DA
TERMODINÂMICA
A Segunda lei da Termodinâmica
De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a energia se “degrada” de uma forma organizada para uma forma desordenada chamada energia térmica, nas transformações naturais. Ainda conforme essa lei, a energia térmica passa de regiões mais quentes para regiões mais frias.
O calor não passa espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais alta.
A variação de entropia, do mesmo modo que a variação de energia interna, é uma função de estado, dependendo apenas dos estados inicial e final do Sistema, e não das particulares transformações que levam o sistema de um estado ao outro.
A Primeira Lei da Termodinâmica
As leis fundamentais da termodinâmica regem o modo como o calor se transforma em trabalho e vice-versa. trabalho, do mesmo modo que o calor, também se relaciona com transferência de energia. Quando o sistema como um trabalho produz um deslocamento ao agir com uma força sobre o meio exterior, o trabalho realizado é denominado trabalho externo.
trabalho é uma grandeza algébrica e assume, no caso, o sinal da variação de volume Δ𝑉, uma vez que a pressão é sempre positiva.
𝑊 = 𝑝.Δ𝑉
primeira lei da Termodinâmica: a variação da energia interna de um sistema é dada pela diferença entre o calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo termodinâmico
CARGAS ELÉTRICAS E A LEI
DE COULOMB
Cargas elétricas
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita a matéria
A unidade de carga do SI é coulomb (C)
Eletrização
Denomina-se eletrização o fenômeno pelo qual um corpo neutro passa a eletrizado devido à alteração no número de seus elétrons
Os condutores são materiais nos quais as cargas elétricas se movem com facilidade
Os isolantes, são materiais nos quais as cargas não podem se mover
Na eletrização por contato, quando dois ou mais corpos condutores são colocados em contato, estando pelo menos um deles eletrizado, observa-se uma redistribuição de carga elétrica pelas suas superfícies externas
Eletrização por indução é quando aproximamos (sem tocar) um condutor eletrizado de um neutro, provocando no condutor neutro uma redistribuição de seus elétrons livres.
Lei de Coulomb
A intensidade das interações elétricas de uma partícula depende da sua carga elétrica, que pode ser positiva ou negativa. Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. A atração ocorre quando as cargas são de sinais opostos, e a repulsão com as cargas de sinais iguais.
CAMPOS ELÉTRICOS
Um corpo eletrizado, devido à sua carga elétrica, cria ao seu redor um campo elétrico
Carga de prova é uma carga elétrica de valor conhecido utilizada para detectar a existência de um campo elétrico
Quando a carga de prova q é positiva, os vetores força elétrica (𝐹𝑒) e campo elétrico ( 𝐸 ) têm a mesma direção e o mesmo sentido.
Quando a carga de prova q é negativa, os vetores força elétrica ( 𝐹𝑒 ) e campo elétrico ( 𝐸 ) têm a mesma direção mas sentidos opostos.
Linha de campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor
campo elétrico resultante associado a esse ponto.
As linhas campo elétrico saem
das cargas positivas e chegam às cargas negativas
Cálculo do Campo Elétrico
Para calcularmos a intensidade do vetor campo elétrico em um ponto P situado a uma distância d da carga fonte Q, imagine uma carga de prova q nesse ponto. Nessa carga de prova atua uma força, cuja intensidade é dada pela Lei de Coulomb.
LEI DE GAUSS
A lei de Gauss e a lei de Coulomb são formas diferentes de descrever a relação entre
carga e campo elétrico em situações estáticas
O que a Lei de Gauss nos fornece é uma relação entre o valor do campo elétrico sobre a superfície gaussiana e a carga total efetiva no interior da superfície
O cálculo do campo elétrico sobre uma superfície está ligado a uma grandeza chamada fluxo elétrico
POTENCIAL ELÉTRICO
Quando elevamos um corpo de massa m à altura h estamos transferindo energia potencial para o corpo na forma de trabalho trabalho. O corpo acumula energia
potencial e a transforma em energia cinética quando o soltamos, voltando à sua
posição inicial.
Quando uma partícula carregada se desloca em um campo elétrico, o campo exerce uma força que realiza um trabalho sobre a partícula. Esse trabalho realizado pode ser sempre expresso em termos da energia potencial.
A energia potencial de uma partícula carregada na presença de um campo elétrico depende do valor da carga. A energia potencial por unidade de carga em um ponto do espaço é chamada de potencial elétrico.
Diferença de potencial elétrico
A diferença de potencial elétrico (d.d.p.) entre dois pontos i e f é igual à diferença entre os potenciais elétricos dos dois pontos.
Equipotenciais são linhas (no plano) ou superfícies (no espaço) onde o potencial, em todos os pontos, assume o mesmo valor algébrico
CAPACITÂNCIA
capacitor, um dispositivo usado para armazenar energia elétrica. Os elementos básicos de qualquer capacitor são dois condutores isolados entre si
Um capacitor de placas paralelas é feito de duas placas de área A separadas por uma distância d. As cargas das superfícies internas das placas têm o mesmo valor absoluto q e sinais opostos.
Podemos calcular a capacitância de um capacitor com placas paralelas supondo que uma carga q foi colocada nas placas, calculando o campo elétrico E produzido
por essa carga, calculando a diferença de potencial V entre as placas e calculando o valor de capacitância C.
Os capacitores de um circuito às vezes podem ser substituídos por um capacitor equivalente, isto é, um único capacitor com a mesma capacitância que o conjunto de capacitores. Combinações básicas de capacitores que permitem fazer esse tipo de substituição são ligação em paralelo e ligação em série.
CORRENTE ELÉTRICA E
RESISTÊNCIA
Corrente elétrica é o movimento ordenado, isto é, com direção e sentido preferenciais,
de portadores de carga elétrica
A corrente elétrica é causada por uma diferença de potencial elétrico (d.d.p.)
ou tensão elétrica
A característica do material que determina a diferença é a resistência elétrica. Medimos a resistência entre dois pontos de um condutor aplicando uma diferença
de potencial V entre esse ponto e medindo a corrente i resultante.
A unidade de corrente elétrica no SI é ampère
A unidade de resistência no SI é o volt por ampère
Lei de Ohm
A primeira lei de Ohm é a afirmação de que a corrente que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada ao dispositivo.
A segunda lei de Ohm fornece a resistência elétrica de um condutor em função do material de que ele é feito, de seu comprimento e da área de sua seção transversal.
A unidade de energia no S.I. é Joule. 𝐽 = 𝑊s
CIRCUITOS ELÉTRICOS
O circuito elétrico é o caminho fechado por onde circula a corrente elétrica Ele é constituído basicamente de quatro partes: fonte de tensão, condutores, carga e dispositivo
de controle
Associação de resistores
Os objetivos de uma associação de resistores podem ser: a necessidade de dividir uma corrente; a necessidade de dividir uma tensão; a necessidade de obter um valor de resistência não disponível comercialmente.
A soma das correntes que entram em um nó é igual à soma das correntes que saem do nó.
Associação em série e paralelo
Em muitos casos podem-se ligar vários resistores num circuito elétrico que por sua vez podem ser substituídos por apenas um resistor. O resistor que substitui os vários resistores associados, sem que a corrente elétrica do circuito seja alterada, é denominado resistor equivalente
Circuito em série é caracterizada por ter os resistores ligados um em segui dado outro de modo que a corrente em cada um seja a mesma. Um circuito em série é aquele que permite somente um percurso para a passagem da corrente.
Circuito em paralelo é caracterizado por ter os resistores ligados pelos seus terminais, em que todos possuem uma extremidade ligada em 1 e a outra extremidade ligada em 2.
Em circuito com resistores em paralelo, todos os resistores estão submetidos à mesma tensão e serão percorridos por corrente
Quando os resistores são associados em série e em paralelo num mesmo circuito, denomina-se associação mista de resistores.
CAMPOS MAGNÉTICOS
Ao redor de um ímã, existe um campo magnético. O campo magnético é análogo ao campo elétrico que existe no espaço ao redor de cargas elétricas. Como o campo
elétrico, o campo magnético possui tanto módulo quanto direção e sentido
A direção e o sentido do campo magnético em qualquer ponto do espaço são indicados pelo polo norte de uma pequena agulha de bússola colocada nesse ponto
Polos magnéticos de nomes diferentes se atraem e polos do mesmo nome se repelem.
INDUÇÃO E INDUTÂNCIA
A corrente na bobina é chamada de corrente induzida pois ela é gerada (ou “induzida”) por um campo magnético variável. Como uma fonte de fem (força
eletromotriz) é sempre necessária para produzir uma corrente, a própria bobina
se comporta como se fosse uma fonte de fem. Esta fem é chamada de fem induzida.
Assim, um campo magnético variável induz fem na bobina, e a fem leva a uma corrente induzida.
A fem de movimento, como qualquer outro tipo de fem induzida, pode ser descrita
em termos de um conceito chamado de fluxo magnético
O fluxo magnético é análogo ao fluxo elétrico, que lida com o campo elétrico e a superfície que ele atravessa.
A unidade do fluxo magnético no SI é o tesla · metro2 (T ·m2).
O indutor é um dispositivo que pode ser usado para produzir um campo magnético
com o valor desejado em uma região do espaço
OSCILAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS E CORRENTE ALTERNADA
Corrente alternada
O circuito com uma fonte de tensão fixa é referenciado como aquele em que a corrente não varia de sentido ou circuito de corrente contínua, ou circuito CC.
No sistema de corrente alternada usada no Brasil a tensão e a corrente mudam de polaridade 120 vezes por segundo e, portanto, tem uma frequência 𝑓 = 60 𝐻z
Transformadores
Para fornecer potência de modo eficiente e econômico, as linhas de transmissão de longas distâncias operam a baixa corrente e alta-tensão. O transformador é um dispositivo que quando conectado entre dois circuitos resulta em uma tensão mais alta e uma corrente mais baixa no segundo circuito em comparação com o primeiro, ou vice-versa. Esse dispositivo permite que a potência seja transmitida de forma eficiente à alta-tensão, porém utilizada com segurança a baixas tensões.
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS E EQUAÇÕES DE MAXWELL
Vimos antes que a energia é transportada até nós vinda do sol por meio de uma classe de ondas conhecidas como ondas eletromagnéticas. Esta classe inclui as
ondas familiares visíveis (luz), ultravioletas e infravermelhas.
Equações Maxwell
Pela aplicação das relações entre grandezas elétricas e magnéticas para uma onda eletromagnética, Maxwell descobriu algo fantástico: que a velocidade da luz no espaço vazio é constante.
ESPELHOS E LENTES
Espelho é um dispositivo óptico que muda a direção dos raios de luz quando são refletidos por sua superfície
O espelho plano é uma superfície que reflete um raio luminoso em uma direção definida, em vez de absorvê-lo ou espalhá-lo em todas as direções
A refração ocorre na superfície e faz a luz mudar a direção. Podemos definir índice de refração n para cada meio como a razão entre a velocidade da luz no
vácuo e a velocidade da luz no meio
Uma lente é um corpo transparente limitado por duas superfícies refratoras com um eixo central em comum. lente é um dispositivo óptico que muda a direção
dos raios luminosos à medida que estes refratam ao entrarem nesse dispositivo e depois ao saírem dele.
INTERFERÊNCIA E
DIFRAÇÃO
A interferência entre ondas acontece quando duas ou mais ondas estão presentes simultaneamente no mesmo lugar. A luz é uma onda eletromagnética, consequentemente pode exibir efeitos de interferência.
Quando uma onda encontra um obstáculo que possui uma abertura de dimensões comparáveis ao comprimento de onda, a parte da onda que passa pela abertura se alarga (é difratada) na região que fica do outro lado do obstáculo.