PAMELA FISICA

PROF. PAMELA - FISICA - 2ºTAA, 2ºTBB, 3ºTAA e 3ºTBB

 Disciplina: Física – Conteúdo de estudo para as Turmas: 2TAA e 2TBB

 Termologia 

O que é Termologia? 

Termologia é o estudo científico dos fenômenos relacionados ao calor e à temperatura, como transferência de calor, equilíbrio térmico, transformações sofridas por gases, mudanças de estado físico. 

Temperatura 

Temperatura é a medida do grau de agitação das partículas que constituem um corpo. A temperatura de um corpo é diretamente proporcional à velocidade com que seus átomos e moléculas vibram, rotacionam ou, até mesmo, transladam. 

A temperatura é uma das grandezas fundamentais da natureza, juntamente com o metro e com o segundo, por exemplo. No sistema internacional de unidades (SI), a unidade utilizada para a medida da temperatura é o Kelvin (K). Essa escala de temperatura é considerada absoluta, pois não admite valores negativos e pode ser determinada diretamente pela vibração térmica dos átomos. Por isso, dizemos que a menor temperatura possível é o 0 K, também conhecido como zero absoluto. Apesar da existência do Kelvin, outras escalas usuais, baseadas em outras substâncias, como Celsius e Fahrenheit, continuam sendo usadas no mundo. A figura abaixo mostra três termômetros graduados nas escalas mais comuns existentes: Celsius, Kelvin e Fahrenheit: 

Escalas termométricas

 As escalas termométricas são usadas para medir a temperatura a partir de alguma referência. Geralmente, tomam-se dois pontos fixos para os quais o corpo ou a substância de referência apresentaria as mesmas propriedades, como volume, densidade, condutividade ou resistência elétrica, comprimento.

 A escala Celsius é a termométrica mais usada no mundo. Trata-se de uma escala centígrada, isto é, apresenta 100 divisões de igual tamanho entre seus pontos fixos, 0 ºC e 100 ºC, chamados de graus. Por ser uma escala usual, admite temperaturas negativas: seu zero absoluto tem valor de aproximadamente -273,5 ºC.

 A escala Fahrenheit, por sua vez, é usada em poucos países, como Estados Unidos e Inglaterra. Foi desenvolvida para que o ponto de fusão da água seja igual a 32 ºF. Assim, mesmo atingindo baixas temperaturas, é improvável que se observem temperaturas negativas em países que utilizam essa escala. A temperatura de ebulição da água em Fahrenheit é de 212 ºF. 

A escala Kelvin foi baseada na agitação térmica de átomos de hélio de forma que, ao atingirem o repouso total, atribui-se a esses átomos a temperatura de 0 K. Hoje em dia, sabemos que essa baixíssima temperatura é, na verdade, inalcançável. 

Para convertermos valores de temperatura expressos em uma das escalas citadas acima, podemos utilizar as seguintes equações:

Tc = Tf - 32    Celsius e Fahrenhrit

5          9

Tc = Tk -- 273 -- Celsius e Kelvin

Tk - 273 = Tf - 32  -- Kevin e Fahrenheit

     5               9

 

 TK – temperatura em Kelvin

TF – temperatura em Fahrenheit 

TC – temperatura em Celsius

Calor

Dizemos que calor é a energia térmica transferida entre corpos que se encontram em temperaturas diferentes, sendo, portanto, uma forma de energia. Além disso, o calor sempre transita do corpo de maior temperatura para os corpos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. 

O calor pode ser transmitido por meio de três processos:

 • Condução: transmissão de calor mediante o contato de superfícies; 

• Convecção: transmissão de calor em razão da formação de correntes convectivas em um fluido;

• Irradiação: transmissão de calor por ondas eletromagnéticas. 

Transmissão de Calor

 Para que ocorra troca de calor, é necessário que ele seja transferido de uma região a outra através do próprio corpo, ou de um corpo para outro. Existem três processos de transferência de calor estudados na termologia, são eles: condução, convecção e irradiação. A irradiação é a propagação de ondas eletromagnéticas que não precisam de meio para se propagar, enquanto a condução e a convecção são processos de transferência que necessitam de um meio material para se propagar. 

Condução 

Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este. Esse processo de condução de calor é denominado condução. No caso dos metais, além da transmissão de energia de átomo para átomo, há a transmissão de energia pelos elétrons livres, ou seja, são os elétrons que estão mais afastados do núcleo e que são mais fracamente ligados aos núcleos, portanto, esses elétrons, colidindo entre si e com átomos, transferem energia com bastante facilidade. Por esse motivo, o metal conduz calor de modo mais eficiente do que outros materiais. 

Convecção 

Da mesma forma que o metal, os líquidos e os gases são bons condutores de calor. No entanto, eles transferem calor de uma forma diferente. Esta forma é denominada convecção. Esse é um processo que consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido. Por exemplo, vamos considerar uma vasilha que contenha água à temperatura inicial de 4°C. Sabemos que a água acima de 4ºC se expande, então ao colocarmos essa vasilha sobre uma chama, a parte de baixo da água se expandirá, tendo sua densidade diminuída e, assim, de acordo com o Princípio de Arquimedes, subirá. A parte mais fria e mais densa descerá, formando-se, então, as correntes de convecção. Como exemplo de convecção temos a geladeira, que tem seu congelador na parte de cima. O ar frio fica mais denso e desce, o ar que está embaixo, mais quente, sobe. 

Irradiação

 Podemos dizer que a irradiação térmica é o processo mais importante, pois sem ela seria praticamente impossível haver vida na Terra. É por irradiação que o calor liberado pelo Sol chega até a Terra. Outro fator importante é que todos os corpos emitem radiação, ou seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do material de que é feito o corpo e de sua temperatura. Portanto, o processo de emissão de ondas eletromagnéticas é chamado de irradiação. A garrafa térmica é um bom exemplo de irradiação térmica. A parte interna é uma garrafa de vidro com paredes duplas, havendo quase vácuo entre elas. Isso dificulta a transmissão de calor por condução. As partes, interna e externa da garrafa são espelhadas para evitar a transmissão de calor por irradiação. 

Acesse o vídeo para tirar dúvidas:

 https://www.youtube.com/watch?v=RVc_0w9iNAI 

Atividades

 Com base no conteúdo e esclarecimentos do texto acima responda: 

1. O que a termologia estuda?

 2. Defina Temperatura.

 3. Defina Calor. 

4. No nosso dia-a-dia, estamos em contato permanente com coisas relacionadas ao calor. Cite alguns aparelhos, máquinas, instrumentos que tem relação com calor. 

5. Quais são os processos de transmissão de calor? 

6. Explique com suas palavras os processos de transmissão de calor por Condução, Convecção e Irradiação. 

7. Pesquise sobre a termometria e os variados tipos de termômetros. 

Faça as atividades em uma matéria separada para Física, registre o conteúdo em seu caderno com a letra bem legível e envie as questões e respostas à caneta, pode ser por foto ou digitado em arquivo word. Qualquer dúvida envie uma mensagem para o meu e-mail ou pelo whatsapp. Ótimos estudos!

enviar atividades e duvidas para o e-mail: 

pami_isabelinha10@yahoo.com.br

ATIVIDADES PARA 3ºTAA e 3ºTBB

Eletrostática

 O que é carga elétrica? 

A carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem o átomo. Lembrando que o átomo é formado por prótons, nêutrons e elétrons, sendo que: Prótons: Localizam-se no núcleo do átomo e possuem carga elétrica positiva; Elétrons: Ficam na eletrosfera, região ao redor do núcleo atômico, e têm carga elétrica negativa; 

Nêutron: Também localizado no núcleo atômico, não possui carga elétrica. 

Estrutura Atômica

 O átomo é formado por prótons, nêutrons e elétrons A unidade de grandeza da carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o Coulomb, representado pela letra C, em homenagem a Charles Augustin Coulomb. 

Todos os corpos são formados por cargas elétricas, porém, não é fácil perceber suas propriedades, pois a maioria dos corpos, quando estão eletricamente neutros, possui mesma quantidade de prótons e elétrons. Um corpo pode ser eletrizado de duas formas: 

Positivamente: se possui mais prótons que elétrons;

 Negativamente: se possui mais elétrons do que prótons.

 Princípios da eletrostática

 A eletrostática é a parte da Física que estuda fenômenos associados às cargas elétricas em repouso. Ela é regida pelos seguintes princípios:

• Princípio da conservação da carga elétrica: a somatória da carga elétrica de um sistema eletricamente isolado é constante; 

• Quantização da carga elétrica: de acordo com esse princípio, a carga elétrica é quantizada, ou seja, sempre um múltiplo do valor da carga elétrica elementar. A carga de um corpo é dada pela equação:

 Q = n . e

 Sendo: 

Q - a carga elétrica total de um corpo; 

n - o número de elétrons perdidos ou recebidos; 

e - a carga elementar (1,6 . 10-19 C).

 • Princípio da atração e repulsão das cargas elétricas: cargas elétricas de mesmo sinal repelem-se, e cargas de sinais contrários atraem-se. 

Princípio da atração e repulsão de cargas elétricas 

Cargas elétricas de sinais iguais repelem-se, e de sinais diferentes atraem-se

 Eletrização 

Para que um corpo, inicialmente neutro, fique eletricamente carregado, ele precisa passar por um processo de eletrização, que pode ocorrer de três formas: 

Eletrização por atrito: quando dois corpos neutros e feitos de diferentes materiais são atritados entre si, um deles ganha elétrons (adquire carga negativa) e o outro perde elétrons (adquire carga positiva). Nesse tipo de eletrização, os dois corpos ficam com carga de módulo igual, mas de sinais opostos. Eletrização por contato: ocorre quando dois corpos condutores, estando um deles eletrizado, são colocados em contato e a carga elétrica é redistribuída entre os dois, estabelecendo equilíbrio eletrostático. Ao fim desse processo, os dois corpos ficam com a mesma carga.

 Eletrização por indução: esse processo de eletrização ocorre em três etapas: 

• inicialmente se aproxima um corpo eletrizado de um corpo neutro, fazendo com que neste haja a separação de cargas;

 • em seguida, conecta-se um condutor ao corpo neutro, ligando-o a terra, fazendo com que uma parte do condutor seja neutralizada;

 • por fim, desconecta-se o corpo da terra e ele fica eletrizado com mesma carga, porém com sinal oposto às cargas do corpo usado para induzir a separação de cargas. 

Condutores e Isolantes 

Condutores são materiais que possibilitam a movimentação de cargas elétricas em seu interior com grande facilidade. Esses materiais possuem uma grande quantidade de elétrons livres, que podem ser conduzidos quando neles aplicamos uma diferença de potencial. Metais como cobre, platina e ouro são bons condutores.

 Os materiais isolantes são aqueles que oferecem grande oposição à passagem de cargas elétricas. Nesses materiais, os elétrons encontram-se, de modo geral, fortemente ligados aos núcleos atômicos e, por isso, não são facilmente conduzidos. Materiais como borracha, silicone, vidro e cerâmica são bons exemplos de isolantes.

 Condutividade x Resistividade 

A propriedade física que indica se um material é um condutor ou um isolante é a sua resistividade, também conhecida como resistência específica. A resistividade, cujo simbolo é o ρ, é medida em Ω.m, de acordo com Sistema Internacional de Unidades. Além da resistividade, existe a grandeza condutividade, denotada pelo símbolo σ, a condutividade de um material é o inverso de sua resistividade, ou seja: 

o = 1

      p

Condutividade e resistividade são grandezas inversamente proporcionais.

 Condutividade e resistividade são grandezas inversamente proporcionais, ou seja, se um material apresenta uma alta resistividade, sua condutividade é baixa e viceversa. Do mesmo modo que, dadas as mesmas condições, um material condutor não apresenta características de materiais isolantes. A unidade de medida da condutividade é Ω-1 .m-1 . 

De acordo com a Física clássica, a resistividade de um material pode ser calculada por meio de grandezas microscópicas e mais fundamentais, como a carga e a massa dos elétrons, além de duas grandezas de grande importância para o estudo das propriedades elétricas dos materiais: o caminho livre médio e o tempo livre médio. Tais explicações são oriundas de um modelo físico para a condução conhecido como modelo de Drude.

 O caminho livre médio dos elétrons diz respeito à distância que eles podem ser conduzidos dentro de um material sem colidirem com os átomos que compõem a estrutura cristalina do material, enquanto o tempo livre médio é o intervalo de tempo que os elétrons conseguem percorrer o caminho livre médio. Nos materiais condutores, ambos, caminho livre médio e tempo livre médio, são significativamente maiores do que nos materiais isolantes, nos quais os elétrons não conseguem se mover com facilidade. Segundo o modelo de Drude, os elétrons movem-se (vibram e transladam), no interior dos materiais condutores, em razão de sua temperatura, mas também, pela aplicação de um potencial elétrico. A velocidade com que os elétrons movem-se, entretanto, é extremamente alta, diferentemente da sua velocidade de condução, que é da ordem de poucos centímetros por hora. Isso acontece porque, apesar de moverem-se em altas velocidades, os elétrons sofrem constantes colisões com os átomos que compõem o material, perdendo, assim, parte de sua velocidade.

 O movimento resultante dessas colisões não é nulo, uma vez que os elétrons arrastam-se na direção da corrente elétrica, porém é muito lento. Nos materiais isolantes, por sua vez, o livre caminho médio dos elétrons é tão pequeno que, a menos que uma diferença de potencial muito grande seja aplicada, nenhuma corrente elétrica é formada. 

Por que alguns materiais são isolantes e outros são condutores? 

Atualmente, a explicação para a capacidade de condução de corrente elétrica dos materiais é feita com base em argumentos teóricos complexos e que envolvem aspectos quânticos da matéria. A teoria por trás dessa explicação é chamada de teoria de bandas. De acordo a teoria de bandas, nos materiais isolantes, os elétrons têm níveis de energia abaixo do mínimo necessário para serem conduzidos. Já nos materiais condutores, os elétrons apresentam níveis de energia maiores que a energia mínima para que ocorra sua condução.

 Uma quantidade de energia separa os elétrons que podem ser conduzidos daqueles que não podem. Essa energia é chamada de gap. Nos materiais isolantes, o gap é muito grande e, por isso, é necessário que se aplique neles uma grande quantidade de energia, de modo que os seus elétrons movam-se de um ponto a outro. Já nos materiais condutores, o gap de energia é nulo ou muito pequeno, de forma que os elétrons podem se deslocar facilmente em seu interior.

 Em materiais como a borracha, a energia de gap é muito alta

Materiais condutores

Os materiais condutores compartilham uma característica comum: a corrente elétrica é conduzida facilmente através deles. Suas principais características são a abundância de elétrons livres, além de baixas resistências elétricas. Quando os materiais elétricos estão eletricamente carregados, sem transportar cargas, dizemos que eles se encontram em equilíbrio eletrostático. Nessa condição, os elétrons ocupam as camadas mais externas do material, posicionando-se exclusivamente em sua superfície, em razão da repulsão entre suas cargas e de sua grande mobilidade. 

→ Exemplo de condutores elétricos

 Em geral, os metais são bons condutores elétricos e, por isso, são muito utilizados na transmissão de corrente elétrica, em circuitos elétricos e em dispositivos eletrônicos. Além dos metais, alguns sais, quando dissolvidos em meios líquidos, também permitem a formação de correntes elétricas. Confira alguns exemplos de materiais condutores:

 • Cobre 

• Alumínio

 • Ouro 

• Prata O alumínio é um exemplo de material condutor de eletricidade. 

Materiais isolantes

 Os materiais isolantes oferecem resistência à passagem da corrente elétrica e, por isso, são largamente utilizados para barrar a sua passagem. Quando eletricamente carregados, esses materiais “aprisionam” as cargas em seu interior. Alguns materiais isolantes podem ser polarizados, isto é, quando expostos a um forte campo elétrico externo, formam em seu interior um campo elétrico contrário, dificultando ainda mais a formação de correntes elétricas. Os materiais isolantes capazes de apresentar tal comportamento são chamados de dielétricos e são muito utilizados em capacitores, por exemplo.

 → Exemplos de isolantes 

Os isolantes opõem-se fortemente à movimentação de cargas e por isso são usados para isolar superfícies de contato, evitando acidentes com choques elétricos ou diminuindo perdas de energia em fios condutores. Confira alguns exemplos de materiais isolantes:

 • Borracha 

• Plástico

 • Vidro 

• Cerâmica 

Os fios de cobre, usados em motores e circuitos, recebem uma camada de verniz isolante. 

Um isolante pode tornar-se condutor?

 Sob condições especiais, como altas temperaturas, tensão mecânica ou enormes diferenças de potencial, os materiais isolantes tornam-se condutores. Quando isso acontece, a corrente elétrica que os atravessa geralmente causa um grande aquecimento em razão do efeito Joule, ou seja, devido às colisões entre os elétrons e os átomos que constituem o material em questão.

 O exemplo mais simples de ruptura da rigidez dielétrica é a da formação dos raios: o campo elétrico que se forma entre as nuvens carregadas e o solo é tão grande que o ar torna-se ionizado, permitindo que os elétrons saltem de átomo para átomo. Entretanto, mesmo sendo capaz de conduzir a corrente elétrica, o ar volta a tornar-se um meio isolante após a descarga atmosférica. 

Resumo sobre condutores e isolantes 

• Materiais condutores, como prata e cobre, oferecem pouca resistência à passagem de corrente elétrica; • Os materiais condutores têm um grande número de elétrons “livres”, fracamente ligados aos núcleos atômicos, chamados de elétrons de condução; 

• Materiais isolantes, como vidro, borracha ou cerâmica, oferecem uma grande resistência à passagem de corrente elétrica; 

• Os materiais isolantes têm um número reduzido de elétrons e a maioria deles encontrase fortemente ligados aos seus núcleos.

 Os fios de cobre são revestidos com plástico para nos proteger de choques elétricos. 

Acesse os vídeos para tirar dúvidas

 https://www.youtube.com/watch?v=7VZfA19zCOQ 

https://www.youtube.com/watch?v=KR8MCP7vTJU

 Atividades

Com base no conteúdo e com os exemplos acima, responda: 

1. Quais são os elementos que formam a estrutura atômica? 

2. Um corpo pode ser eletrizado de duas formas. Quais são elas e o que ocorre?

 3. Explique o princípio da atração e repulsão.

 4. Explique a Eletrização por Atrito, por Contato e por Indução. 

5. Materiais que possibilitam a movimentação de cargas elétricas em seu interior com grande facilidade são?

 6. Materiais que oferecem grande oposição à passagem de cargas elétricas são? 

7. Cite exemplos de condutores elétricos. 

8. Cite exemplos de materiais isolantes. 

9. É possível que um material isolante se torne condutor? Explique. 

10. Faça uma pesquisa sobre a História da Eletricidade e sua evolução. 

Faça as atividades em uma matéria separada para Física, registre o conteúdo em seu caderno com a letra bem legível e envie as questões e respostas à caneta, pode ser por foto ou digitado em arquivo word. Qualquer dúvida envie uma mensagem por e-mail ou pelo whatsapp. Ótimos estudos!

enviar atividades e duvidas para o e-mail: 

pami_isabelinha10@yahoo.com.br