Comportamento Térmico dos gases

1. VARIÁVEIS DE ESTADO

Todo gás é constituído de partículas (moléculas, átomos ou íons) que estão em contínuo movimento desordenado, por isso ocupa sempre o volume total do recipiente que o contém.

A pressão que o gás exerce sobre uma superfície é o efeito causado pelos choques das partículas constituintes sobre essa superfície.

Com o aumento da temperatura, a velocidade média das partículas constituintes do gás aumenta; a pressão aumenta se o recipiente que contém o gás conserva o mesmo volume.

Sejam P (Pa), V (m3) e T (K), respectivamente, a pressão, o volume e a temperatura absoluta. As variáveis P, V e T especificam o estado de uma dada massa gasosa; por isso são denominadas variáveis de estado.

2. TRANSFORMAÇÕES DOS GASES

Uma dada massa sofre uma transformação gasosa quando passa a um novo estado, isto é, quando ocorrem variações nas grandezas P, V e T.

Há transformações mais simples, onde uma das grandezas é fixa, modificando-se apenas as outras duas.

Transformação isotérmica é aquela na qual a temperatura do gás é mantida constante.

Transformação isobárica é aquela na qual a pressão do gás é mantida constante.

Transformação isométrica ou isocórica é aquela na qual o volume do gás é mantido constante.

 

3. GASES PERFEITOS OU IDEAIS

São aqueles que (só existem teoricamente) obedecem à risca a equação geral dos gases perfeitos.

Os gases reais apresentam comportamentos que se aproximam dos ideais quanto mais baixa for a pressão e mais alta sua temperatura.

Observações:

Quando nos referimos a uma dada massa gasosa, nas transformações, isto significa que a equação geral dos gases perfeitos só se aplica para massa constante do gás, no estado inicial e final.

Ao se referir a condições normais de temperatura e pressão, abreviadamente CNTP, a temperatura considerada é 273K e a pressão de 1 atm (105 Pa).

As variáveis de estado são medidas:

T - temperatura medida no termômetro.

V - volume do gás é o volume do recipiente.

P - pressão medida no manômetro.

Lei de Boyle-Mariotte:

Na transformação isotérmica de uma dada massa gasosa, a pressão é inversamente proporcional ao volume.

O diagrama anterior P x V denomina-se diagrama de Clapeyron e a isoterma é o conjunto de todos os pontos de mesma temperatura. 

Lei de Charles (1ª Lei de Gay-Lussac):

Na transformação isobárica de uma dada massa gasosa, o volume é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Lei de Charles (2ª Lei de Gay-Lussac):

 

Na transformação isométrica (isocórica) de uma dada massa gasosa, a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

A convecção térmica

Ponto de Partida

Objetivos

Explicar o fenômeno da transmissão de calor através da convecção térmica, utilizando um aparato experimental bem simples.   Explorar fenômenos do nosso cotidiano como o movimento da fumaça e a formação de ventos.

   Discutir o fenômeno da inversão térmica.

Estratégias

1) Comece explicando a transmissão de calor por condução, radiação e por ultimo por convecção. 2) Faça um esquema no quadro mostrando que o fluido mais quente é menos denso por isso tende a ir para cima enquanto o fluido mais frio é mais denso e por isso tende a descer. Uma sugestão é desenhar um recipiente com um líquido com esse conjunto sendo aquecido por baixo:


3) Mostre inúmeros exemplos do nosso cotidiano em que esse fenômeno está presente. Um deles, que causa um bom impacto nos alunos, é o exemplo da geladeira que possui o congelador na parte superior e as suas prateleiras são feitas de grades. Na parte de sugestões há mais alguns exemplos que podem ser usados.

Atividade

Para uma boa visualização do fenômeno da convecção térmica, pode-se fazer uma experiência bem simples na própria sala de aula. Para isso, serão necessários os seguintes materiais:

Uma garrafa plástica de refrigerante de pelo menos dois litros.

Um canudo de papel.

Fósforo ou isqueiro.

Montagem e Execução do Experimento

Faça dois furos em lados opostos da garrafa.

Em um desses furos coloque o canudo de papel com parte dele no exterior e a outra parte no interior da garrafa.

Coloque fogo na extremidade externa do canudo de papel. Observe que a fumaça do lado externo sobe e a fumaça do lado interno desce.

Pergunte aos alunos porque isso acontece. É interessante ouvir as teorias formuladas por eles.

Após ouvir as respostas dos alunos para esse fenômeno explique que no exterior a fumaça por estar muito quente, ela é menos densa e por isso ela sobe. No interior, como a fumaça esteve em contato com as paredes do canudo de papel ela esfria, se torna mais densa e por isso ela desce.

Sugestões

1) Como exemplos do fenômeno da convecção térmica se podem citar as brisas marinhas, o motivo pelo qual os aparelhos de ar condicionado são colocados na parte superior dos recintos, o funcionamento de chaminés e os balões de ar quente. 2) Como atividade extra, peça para os alunos fazerem um trabalho sobre a poluição do ar e a inversão térmica, fenômenos intimamente ligados à convecção térmica.

Aqui se encontra  um dos grandes problemas que o calor estar provocando em  nosso planeta:

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O efeito estufa

Importante: O Valor energético dos alimentos

O valor energético ou valor calórico de um alimento é proporcional à quantidade de energia que pode proporcionar ao queimar-se na presença de oxigênio.
Mede-se em calorias (sendo uma caloria a quantidade de calor necessária para aumentar um grau à temperatura de um grama de água. Como o seu valor é muito pequeno, em dietética toma-se como medida a kilocaloria (1Kcal = 1000 calorias). Por vezes, a Kilocaloria é representada com o termo Caloria (com letra maiúscula), o que está errado e não deve fazer-se. Quando ouvirmos dizer que um alimento tem 100 Calorias, na realidade devemos interpretar que esse alimento tem 100 Kilocalorias por cada 100 gr. de peso.

 As dietas dos seres humanos adultos contêm entre 1000 e 5000 Kilocalorias por dia. Cada grupo de nutrientes energéticos – glucídios, lipídeos e proteínas – tem um valor calórico diferente e mais ou menos uniforme em cada grupo. Para facilitar os cálculos do valor energético dos alimentos tomam-se uns valores standarizados para cada grupo: um grama de glucídios ou de proteínas liberta ao queimar-se umas quatro calorias, enquanto um grama de gordura produz nove. Daqui que os alimentos ricos em gordura tenham um teor energético muito maior do que os formados por glucídios ou proteínas. 

De fato, toda a energia que acumulamos no organismo, como reserva a longo prazo armazena-se na forma de gorduras. Recordemos que nem todos os alimentos que ingerimos se queimam para produzir energia, pois uma parte deles é usada para reconstruir as estruturas do organismo ou facilitar as reações químicas necessárias para a manutenção da vida. As vitaminas e os minerais, assim como os oligoelementos, a água e a fibra, segundo se considera, não fornecem calorias. Na maioria das tabelas de composição dos alimentos, além dos teores de macro e micronutrientes, encontramos uma referência aproximada da densidade ou valor energético de cada alimento.

Energia para á vida: a energia dos alimentos

Alimentação e nutrição são coisas distintas. Alimentação consiste em ingerir alimentos, de forma consciente e voluntária, estando nas nossas mãos e critério a forma, freqüência, preferência, qualidade e quantidade com que tal ato é efetuado, assim como incorporar-lhe as mais diversas modificações.

É evidente que a qualidade da alimentação depende de fatores econômicos e culturais. Nutrição, por outro lado, consiste no conjunto de processos fisiológicos pelos quais o organismo recebe, transforma e utiliza as substâncias químicas contidas nos alimentos. É um processo involuntário e inconsciente que depende da atividade orgânica da digestão (que inclui a absorção e o transporte dos nutrientes dos alimentos para os tecidos). 

O estado de saúde de uma pessoa depende da qualidade da nutrição das células constituintes dos seus tecidos. Como é impossível para a quase totalidade dos seres humanos atuar voluntariamente nos processos de nutrição, a melhoria do estado de saúde (= nutrição) não se poderá verificar sem a sã modificação dos hábitos alimentares.
Para levar a cabo todos os processos que nos permitem estar vivos, o organismo humano necessita de um fornecimento contínuo dos materiais que devemos ingerir: os nutrientes. O número de nutrientes que o ser humano pode utilizar é limitado: existem muito poucas substâncias, em comparação com a grande quantidade de compostos, que nos servem como combustível ou para incorporar as nossas próprias estruturas. Estes nutrientes não se ingerem diretamente, mas através dos alimentos, e a ampla variedade de alimentos existentes não são mais do que as múltiplas combinações em que a natureza oferece os diferentes nutrientes. 

Pode fazer-se uma primeira distinção entre os componentes de qualquer alimento com base nas quantidades em que estão presentes:

- os macro–nutrientes (macro=grande), que são os que ocupam a maior proporção dos alimentos, e que são as proteínas, os glucídios (ou hidratos de carbono) e os lipídeos (ou gorduras). Também se poderia incluir a fibra e a água, que estão presentes em quantidades consideráveis na maioria dos alimentos, mas como não fornecem calorias não costumam considerar-se nutrientes; 

e os - micro–nutrientes (micro=pequeno), que apenas estão presentes em pequeníssimas proporções, e onde se encontram as vitaminas e os minerais. São imprescindíveis para a manutenção da vida, apesar das quantidades de que necessitamos se medirem em milésimas, ou inclusive milionésimas de grama. (elementos vestígio ou oligoelementos). 

Outra classificação dos nutrientes é quanto à função que realizam no metabolismo: 

- nutrientes energéticos – correspondem a um primeiro grupo, formado pelos compostos que se usam normalmente como combustível celular. Coincidem praticamente com o grupo dos macro–nutrientes. Deles se obtém a energia, ao se oxidarem (queimarem) no interior das células, com o oxigênio que o sangue transporta. A maior parte dos nutrientes que consumimos utiliza-se com este fim; 

- nutrientes plásticos – correspondem a um segundo grupo, formado pelos nutrientes que utilizamos para construir e regenerar o nosso próprio corpo. Pertencem, a maior parte, ao grupo das proteínas, ainda que também se utilizem pequenas quantidades de outros tipos de nutrientes. 

- vitaminas e minerais – correspondem a um terceiro grupo, composto pelos nutrientes que atuam facilitando e controlando as funções bioquímicas que têm lugar no interior dos seres vivos. Têm funções de regulação. 

- água – corresponde a um quarto grupo que atua como dissolvente de outras substâncias, participa nas reações químicas mais vitais e é o meio de eliminação dos produtos desaproveitados do organismo.

Fonte de pesquisa: 
www.lureceitasecia.hpg.com.br/.../energia/energia_dos_alimentos.

ALIMENTAÇÃO SAUDÁVEL...

As unidades de calor

   Calor é energia. A unidade de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J).

   Na prática é muito usada uma outra unidade de calor, muito antiga, do tempo do calórico, a caloria.

   Por definição, uma caloria ( 1 cal) é a quantidade de calor que deve ser transferida a um grama de água para produzir a variação de temperatura de 1^oC, rigorosamente, de 14,5°C  para 15,5°C.

   Em suas experiências, Joule estabeleceu a relação entre essas duas unidades, encontrando:

1 cal = 4,18 J

    A unidade quilocaloria ( kcal) é muito usada para medidas de quantidade de calor.

1 kcal = 1.000 cal = 10³ cal

   A British Thermal Unit (BTU) é uma unidade técnica usada para quantidade de calor. É muito utilizada em manuais para caracterizar equipamentos e máquinas que envolvem energia térmica.

1 BTU = 252,4 cal = 1.055 J

  Fonte de pesquisa : www.if.ufrgs.br/mpef/mef008/.../unidades.htm

A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO: O CALOR

A matéria é formada por átomos e moléculas que estão em permanente estado de agitação térmica. A energia térmica é a energia associada a esta agitação térmica, e a temperatura é um valor numérico que a expressa.

Quando um corpo é colocado próximo de outro com uma temperatura diferente, a energia térmica é transferida do corpo com temperatura maior para o de temperatura menor, até estes atingirem a mesma temperatura. Neste processo, a energia térmica em trânsito é chamada de calor.

Lembrando que é importante saber a diferença entre calor e temperatura. O calor é a energia térmica em movimento. Esta transferência de energia ocorre quando dois corpos possuem temperaturas diferentes, tendendo ao equilíbrio térmico, ou seja, a transferência de energia térmica ocorre enquanto existir a diferença de temperatura.

A energia térmica de um corpo, associada a agitação térmica, também pode ser entendida como sendo a energia cinética total de suas moléculas. Os processos pelos quais esta energia pode ser transferida, processos de transferência de calor, são: condução, convecção e radiação.

Esta definição de calor foi demonstrada a partir dos trabalho experimentais de Benjamim Thompson e James Prescott Joule. Antes destes trabalhos, acreditava-se que um corpo mais quente possuía uma maior quantidade de um fluido chamado calorífico. Quando um corpo estava em presença de outro com temperatura diferente, o calorífico fluía do mais quente para o mais frio.

Espero que o texto tenha ajudado na compreensão dos conceitos de calor, energia térmica e temperatura.


Fonte de pesquisa : www.efeitojoule.com/.../calor-energia-termica-calor-energia.htm.

Comportamento térmico dos gases

1. VARIÁVEIS DE ESTADO

Todo gás é constituído de partículas (moléculas, átomos ou íons) que estão em contínuo movimento desordenado, por isso ocupa sempre o volume total do recipiente que o contém.

A pressão que o gás exerce sobre uma superfície é o efeito causado pelos choques das partículas constituintes sobre essa superfície.

Com o aumento da temperatura, a velocidade média das partículas constituintes do gás aumenta; a pressão aumenta se o recipiente que contém o gás conserva o mesmo volume.

Sejam P (Pa), V (m3) e T (K), respectivamente, a pressão, o volume e a temperatura absoluta. As variáveis P, V e T especificam o estado de uma dada massa gasosa; por isso são denominadas variáveis de estado.

2. TRANSFORMAÇÕES DOS GASES

Uma dada massa sofre uma transformação gasosa quando passa a um novo estado, isto é, quando ocorrem variações nas grandezas P, V e T.

Há transformações mais simples, onde uma das grandezas é fixa, modificando-se apenas as outras duas.

Transformação isotérmica é aquela na qual a temperatura do gás é mantida constante.

Transformação isobárica é aquela na qual a pressão do gás é mantida constante.

Transformação isométrica ou isocórica é aquela na qual o volume do gás é mantido constante.

3. GASES PERFEITOS OU IDEAIS

São aqueles que (só existem teoricamente) obedecem à risca a equação geral dos gases perfeitos.

Os gases reais apresentam comportamentos que se aproximam dos ideais quanto mais baixa for a pressão e mais alta sua temperatura.

Observações:

Quando nos referimos a uma dada massa gasosa, nas transformações, isto significa que a equação geral dos gases perfeitos só se aplica para massa constante do gás, no estado inicial e final.

Ao se referir a condições normais de temperatura e pressão, abreviadamente CNTP, a temperatura considerada é 273K e a pressão de 1 atm (105 Pa).

As variáveis de estado são medidas:

T - temperatura medida no termômetro.

V - volume do gás é o volume do recipiente.

P - pressão medida no manômetro. 

 Fonte pesquisa:www.portalsaofrancisco.com.br/.../dilatacao/comportamento-dos-gases.php - 

    Fonte da imagem: fisicaevestibular.hpg.ig.com.br

Dilatação dos líquidos

Para líquidos, não tem sentido falar em coeficiente de dilatação linear ou superficial, já que eles não possuem forma própria. Só existe o coeficiente de dilatação volumétrica.

Suponhamos que se queira medir o coeficiente de dilatação real (βreal) de um determinado líquido. Para isso enche-se completamente um recipiente com o líquido, à temperatura inicial θ0.

O volume inicial da proveta e do líquido é V0. Ao se aquecer o conjunto até a temperatura final θ, a proveta adquire o volume V e o líquido transborda, porque o coeficiente de dilatação do líquido é maior que o da proveta. O volume de líquido transbordado chama-se dilatação aparente do líquido (ΔVAp).  A dilatação real (total) do líquido (ΔVreal) é a soma do volume de líquido transbordado (dilatação aparente ΔVap) com a dilatação do recipiente (ΔVrec), ou seja

ΔVreal = ΔVap + ΔVrec (I)

Assim, por exemplo, se o recipiente aumentou seu volume em 1 cm3 (ΔVrec = 2 cm3) e o líquido transbordou 3 cm3 (ΔVap = 3 cm3), concluímos que a dilatação real do líquido foi >ΔVreal = 3 + 2 = 5 cm3.

A dilatação aparente (ΔVap) e a dilatação do recipiente (ΔVreal) são dilatações volumétricas.

  fonte de pesquisa :  www.passeiweb.com/...termica/termologia