Física

Energia Térmica:

Energia Cinética média das partículas (que estão em constante movimento – agitação térmica).

No estado gasoso, as partículas tem maior agitação térmica.

Quando o movimento das partículas é acelerado,  a energia térmica das mesma partículas aumentam  e da mesma forma quando o movimento desacelera, a energia térmica das mesmas partículas diminui.

Temperatura

É a grandeza física que indica o estado de agitação das partículas.

Quanto maior for a agitação das partículas (energia térmica), maior será a temperatura e da mesma forma, quanto menor for a agitação das partículas (energia térmica), menor será a temperatura.

A transferência de energia térmica se dá do corpo de maior temperatura, para o corpo de menor temperatura.

OBS: A refrigeração diminui a circulação sanguínea e o aquecimento ativa a circulação sanguínea. 

Calor

Calor é a quantidade de energia térmica transferida de um corpo para outro devido a diferença de temperatura, sendo uma espécie de energia  térmica em transito, que se dá do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, até que os dois se encontrem numa mesma temperatura (estagio de equilíbrio térmico).

Termômetro

São instrumentos utilizados para a medida de temperatura, utilizando o principio de dilatação  e contração de substâncias termométricas,  sendo o mercúrio a principal substância utilizada, por ser um metal (ótimo condutor de calor), dilata e contrai com regularidade e atinge rapidamente o estado de equilíbrio térmico.

Além dos termômetros normalmente utilizados, há os digitais (que utilizam metais ou ligas, os quais geram uma corrente elétrica e indicam a temperatura em dígitos, utilizado pois o mercúrio é toxico para humanos) Há ainda aqueles que utilizam o etanol, que também apresenta dilatação e contração regulares, como substância termométrica (entretanto deve-se ser utilizado com um corante, pois o etanol é incolor).

Escalas Termométricas

Medem a temperatura a partir dos pontos de fusão e ebulição da água no nível do mar

Celsius (100 divisões em partes iguais –escala centígrado) / Fahrenheit (180 divisões em partes iguais)/ Kelvin (100 divisões em partes iguais – escala absoluta, apresenta o zero absoluto, a menor temperatura possível no universo).

OBS: o termo grau não deve ser usado antes de Kelvin, pois porque Celsius e Fahrenheit são escalas de medição, enquanto que o kelvin é uma unidade de medição.

Quantidade de calor (Q - Equação fundamental da Calorimetria)

O calor específico é a quantidade de energia necessária para elevar em 1°C a massa de 1 grama de determinada substância.

Variação Térmica: é a diferença entre a temperatura final e a inicial.

OBS: colocar o resultado em notação cientifica e usar a unidade usual.

Processos de Transmissão de Calor

·         Condução Térmica: acontece em geral nos sólidos, principalmente nos que são bons condutores de calor, as substâncias que são mais densas, com maior número de partículas, principalmente partículas livres, que podem se transformar em energia cinética (metais).

O calor é transmitido de partícula para partícula, de uma forma que a quando entra em contato com um corpo com temperatura menor, a  fonte térmica aumenta a agitação de suas partículas, aumentando assim  a sua temperatura para passar para o objeto.

Há substâncias que chamamos de isolantes térmicos, que impedem a transformação de temperatura, por exemplo: isopor, borracha, água, gelo, ar e vidro.

OBS: dentro de um iglu, a temperatura permanece a mesma, pois o gelo é um isolante térmico (mau condutor de calor).

Quando tocamos um metal e uma madeira, achamos que o metal está mais frio, entretanto os dois estão na mesma temperatura, isso ocorre pois por ser um bom condutor térmico, o metal aquecerá mais rapidamente, chegando a uma temperatura próxima a da nossa mão.

Roupas de inverno, o ar aprisionado no tecido funciona como isolante térmico.

·         Convecção Térmica: ocorre geralmente em fluidos (líquidos e gases).

A movimentação das massas de gás ou de liquido acaba transmitindo o calor para toda a extensão do fluido, pelo próprio fluido.

Em sistemas fechados, onde a temperatura for mais alta, o fluido menos denso tende a subir e da mesma forma, onde a temperatura for mais baixa, o fluido mais denso tende a descer.

O ar tende a se deslocar das regiões de alta temperatura para as de baixa temperatura.

Os dispositivos que resfriam o ar devem ficar na parte superior (já que o ar frio, por ser mais denso, tende a descer) e os dispositivos que aquecem o ar devem ficar na parte inferior (já que o gás quente, por ser menos denso, tende a subir).

Em ambientes abertos, predominam as corentes horizontais, nas quais o sentido de deslocamento é determinado pela diferença das pressões, o ar tende a se deslocar das regiões em que a pressão é mais alta para as regiões em que a pressão é mais baixa.

A pressão do ar tende a aumentar quando a temperatura diminui e a diminuir, quando a temperatura aumenta.

Nas regiões litorâneas, a radiação solar aquece o continente e a superfície do mar, contudo o calor especifico da água é maior que a da superfície da terra, por isso a superfície da terra aquece mais rapidamente do que superfície da água.

O aumento de temperatura nesse ambiente aberto, reduz então a pressão no continente junto a costa, e aumenta a pressão na superfície do mar, onde a temperatura é menor, assim a corrente de convecção sobra do mar para o continente.

A noite a temperatura do ar abaixa e o mar e a costa irradiam calor, entretanto já que a redação da terra é mais intensa, abaixa sua temperatura.

Assim a pressão é menor no mar,, aumentando sua temperatura,soprando a corrente de convecção do mar para o continente.

Numa panela no fogo o alumínio é aquecido pela condução e a porção da água perto do fundo se aquece e dilata-se, aumentando seu volume, ela se torna menos densa , subindo e dando lugar a outra porção e assim sucessivamente.

O congelador numa geladeira é posicionado em cima para que o are quente suba e seja resfriado e desça.

Em uma estrada o ar próximo ao asfalto quente sobe e dar lugar a uma camada de ar frio.

É necessário a existência de um meio material para que ocorra a convecção e a condução, ambos dependem de um meio material (portanto, não ocorrem no vácuo).

·         Radiação ou Irradiação Térmica: é a transmissão de calor por meio de algumas ondas eletromagnéticas (que podem se propagar pelo vácuo). Perto de uma fogueira o calor pé irradiado pela queima da madeira, aquecendo o ambiente.

      Ondulatória

      O meio provoca perturbações que provocam ondas pequenas, gerando energia, sem haver transporte de matéria.

      Toda a onda é composta pela crista (ponto mais alto da onda), vale (ponto mais baixo da onda), oscilação (volta completa da onda), amplitude (altura da onda), pelo comprimento da onda [representado pela  Lambda (l)] e pelo pulso (uma perturbação).

     Segundo o SI, a unidade da onda é metros (m). OBS: 1 nm (nano metro) = 10^-9m.

                   O período de uma onda é o intervalo de tempo [(Dt = é a diferença entre t2 (tempo final) e t1 (tempo inicial)] que uma onda faz para somente 1 oscilação, ou seja, não ocorrerá em mais de uma oscilação.

      Cada onda ocorre em determinada frequência que é o número de oscilações divido pelo período.

      Segundo o SI, a unidade de frequência é Hertz (Hz). Já a unidade de período é segundo.

     Outra unidade de comumente usada como frequência é o rpm (rotação por minuto). 

     Velocidade de Propagação

      A velocidade (unidade m/s) de propagação de uma onda é igual ao comprimento da onda (unidade m) multiplicado pela frequência da onda (unidade Hz)

 
       


      




      
       Natureza das Ondas

·         Ondas Mecânicas: necessitam de um meio material (sólidos, líquidos ou gases) para se propagar, comprimindo ou expandindo esse meio.

o  Exemplo: Ondas Sonoras: são ondas mecânicas longitudinais (vibra na mesma direção em que se propaga) e tridimensionais (são o único tipo de onda mecânica que apresenta as 3 dimensões). O ser humano é capaz de ouvir as ondas sonoras que estão num intervalo de frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz, pois ondas nesse intervalo as ondas sonoras fazem o tímpano vibrar.
Ondas sonoras abaixo de 20 Hz são chamadas de infrassom.
Ondas sonoras acima de 20.000 Hz são chamadas de ultrassom.
OBS: as fontes sonoras humanas são as cordas vocais.
A velocidade média do som é de 340 m/s
Características Fisiológicas das ondas sonoras:

v Altura é a qualidade que nos permite distinguir sons graves (de menor frequência, portanto de menor altura) de agudos ( de alta frequência, portanto de maior altura).

v Intensidade: é uma propriedade que permite distinguir sons fortes (de grande intensidade, ou seja, os quais suas ondas transportam mais energia e tem maior amplitude) de sons fracos (de pequena intensidade, ou seja, suas ondas transportam menos energia e tem menos amplitude).OBS: um som forte é um som intenso (de alta amplitude) e um som alto é um som agudo (de alta frequência). Em aparelhos de som, existe um controle de intensidade chamado volume que a altera. A medida da unidade de intensidade é chamada Bel. 1 decibel = o,1 Bel.

v Timbre: é a qualidade que permite distinguir sons de mesma altura e mesma intensidade, ou seja, permite que seja identificada a fonte sonora.

       Reflexos nas ondas sonoras (ecos): pode ocorrer uma reflexão do som que bate em um objeto e volta, entretanto o eco só ocorrerá em meios favoráveis (como cavernas), sendo necessária uma determinada distância entre a fonte sonora e o obstáculo, pois o ser humano só consegue distinguir dois sons consecutivos num intervalo mínimo de 0,1 segundos.  Portanto a distância necessária, vai depender da velocidade do som, já que a velocidade do som é uma grandeza escalar e constante, basta usar a fórmula da velocidade média  para encontrar a distância necessária para haver um eco em determinado ambiente, supondo que em determinado lugar a velocidade som seja de 340 m/s (Vm). O tempo mínimo para perceber dois consecutivos é de 0,1 s  (Dt) e então aplicando essa fórmulas acharemos Ds, o deslocamento (ida e volta) que será de 34 m. Entretanto queremos saber a distância (apenas a ida, ou apenas a volta), por isso dividimos o resultado por 2. Sendo assim a distância para que ocorra o eco nessas condições é de 17m.

      OBS: Vácuo é a ausência de ar e o relâmpago sempre aparece primeiro do que o trovão, pois a velocidade média da luz é mais rápida do que a velocidade média do som.

·         Ondas Eletromagnéticas: não necessitam de um meio material para se propagarem, podendo se propagar no vácuo. Essas ondas se propagam na velocidade média da luz: 300.000.000 m/s, além de que esse tipo de onda se propaga em 3 dimensões (largura, comprimento e altura). Exemplos: ondas de calor e ondas luminosas.

 

    Natureza da Luz:

   Pitágoras definiu que a luz seria composta por partículas pequenas (natureza corpuscular).

   Aristóteles, entretanto, definiu que a luz é na verdade um tipo de onda eletromagnética (natureza ondulatória).

   Então finalmente Albert Einstein, disse que a luz interage como partícula (matéria) e se propaga como onda (energia), sendo assim Einstein trouxe a teoria da dualidade da luz.

   O espectro de luz visível está entre 400 e 700 nano metros.

   As partículas de luz são chamadas de fótons e carregam muita energia.

   As fontes de luz podem ser luminosas (emitem luz própria), exemplo: o sol. Ou podem ser iluminadas (refletem a luz que recebem), exemplo: a lua.

    Meios Ópticos:

·         Transparentes: proporcionam a propagação da luz em trajetória regular, bem definida, formando uma visão nítida do objeto. O único meio totalmente transparente à luz é o vácuo, entretanto, outros meios são considerados transparentes como: vidros lisos e água e ar em pequena quantidade.

·         Translúcidos: proporcionam a propagação da luz em trajetórias irregulares e indefinidas, não permitindo uma visão nítida, exemplos: vidro fosco e nevoeiro.

·         Opacos: impedem a propagação da luz, não permitindo a visão dos objetos ou das fonte de luz, exemplo: paredes e portas de madeira.

   Princípios da Óptica Geométrica:

Princípios da Óptica Geométrica:

·         Princípio da propagação retilínea da luz: em meios homogêneos (misturas de dois ou mais elementos, dos quais percebemos apenas um)  a luz se propaga em linha reta.

·         Principio de Reversibilidade: a trajetória dos raios de luz não depende do sentido deles.

·         Principio da independência dos raios de luz: cada raio de luz se propaga independente dos demais (não alterando sua trajetória), por essa razão podemos ver dois objetos ao mesmo tempo. 

h  Fenômenos Ópticos:

      Reflexão da luz:

·         Regular ou especular: quando a luz incide sobre uma superfície perfeitamente lisa ou de um metal perfeitamente polido, nesse tipo de reflexão, o feixe refletido mantém a mesma característica do feixe incidente.

·         



Difusa: quando a luz incide sobre uma superfície irregular ou não polida, nesse caso a luz se propaga em várias direções

      Refração: ocorre quando um feixe de luz passa de um meio para outro, alterando sua velocidade, geralmente ocorrendo um desvio da trajetória de luz. OBS: quanto mais refligente é o meio, menor será a velocidade da luz.

     Dispersão da Luz:

      Ao atravessar um prisma a luz branca do sol se dispersa numa faixa colorida de 7 cores.

     Isso pode ocorrer em qualquer refração, entretanto, como a diferença entre os valores do índice de refração é pequena, isso é mais visível num prisma óptico, onde ocorre duas refrações.

       A luz do sol ao atravessar uma gota de água, os raios luminosos são refretados, sofrendo dispersão e assim esse feixe colorido é refletido na superfície da gota e atravessa a gota e retorna ao ar, e assim as muitas cotas fazem esse processo, resultando no arco-íris.

      Cores dos corpos:

      Para ver um corpo é preciso que ele emita luz visível e contida na faixa de frequência do espectro da luz branca (luz visível). Assim existem 7 cores monocromáticas:

·         Vermelho

·         Alaranjado

·         Amarelado

·         Verde

·         Azul

·         Anil

·         Violet

      OBS: quanto mais para baixo, menor é o comprimento de onda e maior é a frequência, quanto mais para cima, maior é o comprimento de onda e menor é a frequência. Por ter a menor frequência da luz visível, o vermelho desbota mais rápido. A luz branca engloba as outras core, sendo assim policromatica.

       As frequências da luz que incidem em um corpo, parte é absorvida e parte é refletida.

     Quando iluminados pela luz branca, uma bola é verde e outra é vermelha, estas serão então “as cores verdadeiras” das bolas, pois elas absorveram as outras cores e imitiram uma determinada frequência (sua cor).

      No entanto se elas forem iluminadas pela cor que predominam, só algumas frequências vão ser transmitidas, quando iluminadas pela luz verde, por exemplo, a bola vermelha se tornará preta, pois não reflete as frequências da luz verde.

     Preto não é ausência de luz, ele apenas reflete a frequência de cores vermelhas, azuis  e amarelas em proporções iguais, e o corpo preto não imite luz, pois mais a luz, do que as outras cores, essa absorção aumentará o nível de agitação das moléculas, por isso os corpos pretos ficam quentes mais rápido.

     Eletrização:

     Carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares da matéria:

      Os elétrons (que se encontram na eletrosfera) têm carga elétrica negativa, enquanto que os prótons (que se encontram no núcleo) têm carga elétrica positiva, já os nêutrons (que também se encontram no núcleo) não têm carga elétrica. Todo o átomo tem carga elétrica neutra, pois o número de prótons é igual ao número de elétrons.

      As cargas elétricas de sinais opostos (elétrons e prótons) tendem a se atrair, enquanto que cargas elétricas de mesmo sinal tendem a se repelir.

      Condutores são materiais onde as partículas elétricas podem se mover com facilidade, quando isto não ocorre ou ocorre com dificuldade, o material é chamado de isolante elétrico.

      Quando dois corpos neutros são postos muitos próximos, suas camadas eletrônicas superficiais eletrônicas ficam muito próximas, e por isso os elétrons de um corpo podem passar para outro corpo. Assim o corpo que perde elétrons se torna eletricamente positivo e o que ganha se torna eletricamente negativo.

      OBS: não é possível haver eletrização quando dois corpos são condutores.

       Eletrização é o processo de transferência de cargas elétricas entre dois corpos e se da de 3 formas:

·         Eletrização por atrito: Se um corpo estiver com excesso de carga elétrica negativa, seus elétrons tendem a se repelir para o segundo corpo, que estava neutro, assim o segundo corpo que estava neutro, tende a receber elétrons tendo assim carga negativa (excesso de elétrons). Se o primeiro corpo estiver com excesso de carga elétrica positiva, ele tende a atrair elétrons do outro, que estava neutro, tornando a carga elétrica do segundo positiva (excesso de prótons). Assim ambos vão ter a mesma carga elétrica.

·         Eletrização por indução: Não há contato entre os corpos, nos quais um deve estar carregado eletricamente (indutor) e outro deve ser um corpo de carga neutra (induzido), sendo este o condutor. O induzido deve estar conectado à terra para que receba ou forneça elétrons. A presença do indutor sobre o induzido, faz com que o induzido se torne polarizado, ou seja, elétrons vão se concentrar em um extremo e os prótons em outra. Se o indutor tiver carga negativa, alguns dos elétrons do induzido serão transferidos para a terra, tornando a carga do induzido, positiva (excesso de prótons), se o corpo indutor tiver carga positiva, então os elétrons subiram da terra para o induzido, tornando a carga elétrica do induzido  negativa (excesso de elétrons).

·         Eletrização por contato: Quando dois corpos estão neutros, um deles tende a passar elétrons para o segundo. Assim o corpo que transferiu seus elétrons se tornará positivo, enquanto que o corpo que atraiu elétrons (condutor, geralmente metais) se tornará negativo.

      Corrente Elétrica:

      Os metais são bons condutores de elétrons, pois em sua estrutura atômica, apresentam uma nuvem eletrônica, onde os elétrons se movimentam desorganizadamente. Entretanto quando ligamos os metais à uma fonte elétrica chamada de gerador, ela fornece energia para manter os elétrons em movimento ordenado. Formando assim um circuito elétrico. Então a corrente elétrica é o movimento ordenado dos elétrons dos condutores. Além da fonte elétrica (gerador) uma corrente elétrica possui um interruptor, que é o componente que permite ou interrompe a passagem da corrente elétrica. É necessária também a presença de dispositivos elétricos (como lâmpadas), para que aja um circuito fechado.

      Os geradores transformaram energia química em energia elétrica, e apresenta dois polos, um sendo positivo e outro sendo negativo.  Quando um sistema está aberto, não ocorre passagem da corrente elétrica, entretanto quando ele esta fechado, a correte elétrica se dá num sentido chamado de real, no qual os elétrons tendo carga negativa são atraídos pelo polo positivo do gerador. Existe outro sentido chamado de convencional, nele se diz que os prótons são atraídos para o polo negativo, mas este sentido está errado, pois prótons, por serem partículas do núcleo atômico não se deslocam. Entretanto esse sentido continuou a ser usado.

      Intensidade da Corrente Elétrica:

      Toda a corrente elétrica tem uma intensidade, que é a medida do fluxo de elétrons que atravessa um condutor. Já que cada elétron apresenta uma determinada quantidade de carga elétrica, a intensidade elétrica é a razão entre a quantidade de carga que atravessa um circuito fechado por um intervalo de tempo.  

     

      Tensão ou diferença de Potencial Elétrico:

      Todo o corpo eletrizado tem um campo elétrico, ou seja, uma região modificada por este corpo. Todo corpo eletrizado também tem seu potencial elétrico que é a capacidade que este corpo te de atrair ou repelir outros corpos.

      Só é possível que ocorra a corrente elétrica, se houver uma diferença de potencial elétrico.  Onde os elétrons se moverão do corpo de menor potencial elétrico (polo negativo) para o corpo de maior potencial elétrico (polo positivo).  Assim essa diferença de potencial é chamada Tensão ou diferença de Potencial Elétrico. Sendo assim, a tensão elétrica  é a quantidade de energia que um gerador fornece  para movimentar uma carga elétrica durante seu percurso em um condutor. A unidade de tensão elétrica é o Volt (V). Geralmente as pilhas apresentam 1,5V de tensão elétrica.

      

      Resistência Elétrica:

      se divida o imã, serão obtidos em cada fragmento, imãs completos com norte e sul.Com tempo, os imãs vão se desmagnetizando, em decorrência da exposição prolongada a outros materiais magnéticos.

       Campo Magnético:

       Um imã cria ao seu redor uma região de influência magnética, nesse campo há a presença de linhas de campo, que diferentemente dos elétrons eletrizados (campo elétrico), atravessam o imã, são continuas e se dão do sentido norte para o sul.

      Nas proximidades, ou no próprio, núcleo da terra há uma grande quantidade de níquel e ferro, que se encontrando em altas temperaturas, estarão no estado liquido, então o atrito gerando desse liquido com o manto terrestre, e devido a rotação da terra, provocará um campo elétrico. E associada a ele, haverá um campo magnético. O polo magnético norte da terra está associado ao polo sul geográfico da terra, assim sendo, o polo magnético sul da terra está associado ao polo norte geográfico da terra. A bússola é um aparelho que aponta para os polos norte e sul magnéticos terrestres.

      Eletromagnetismo:

      Um fio condutor, quando percorrido por uma corrente elétrica, gera ao seu redor  uma campo magnético, dependendo do sentido da corrente. Essa propriedade, permitiu a fabricação de eletroímãs.

      Da mesma forma, um imã pode gerar uma corrente elétrica, através da indução eletromagnética. 

      Associação de Resistores:

      A associação de resistores tem a finalidade de diminuir ou aumentar a resistência elétrica em um circuito. Os resistores podem ser associados das seguintes formas:

·         Associação em série: Só há um caminho para a corrente elétrica percorrer, tendo que passar por todos os resistores, dessa fora, a intensidade da corrente será a mesma para cada um dos resistores. Se o primeiro resistor queimar, então os outros terão o fornecimento de elétrons interrompidos. Na associação em série, a diferença de potencial elétrico (ddp) é dividido entre os resistores presentes, sendo assim, o brilho de cada um é menos intenso. Entretanto, se os resistores forem iguais então a ddp do gerador, será dividida em partes iguais, se os resistores forem diferentes, então a ddp do gerador será dividida em partes diferentes. Assim quanto maior forem o número de resistores, maior será a resistência elétrica do circuito.

·        Associação em paralelo: sempre a ddp será a mesma para cada um dos resistores, pois todos estão ligados as duas cargas do gerador sem ser por um só caminho. Geralmente nas residências, há 3 fios da rede de energia elétrica, dois fios correspondem as fases e um é neutro. Cada resistor é independente dos demais, por isso se ele queimar, os outros não se apagarão. A cada novo resistor colocado em paralelo, haverá aumento da intensidade da corrente elétrica fornecida pelo gerador.

      Transmissão de energia elétrica:

      Da usina hidroelétrica, os elétrons vão para uma subestação elevadora, que elevará a tensão da rede elétrica, para diminuir o tamanho dos fios condutores (tornando o custo de produção mais barato) e diminuindo as perdas de energia, já que a corrente terá menor intensidade. A potência elétrica (energia recebida e gasta) é o produto da intensidade elétrica pela corrente elétrica. A unidade de potência elétrica é o Watt (W). a razão entre o W e o V é o A.

      Através das linhas de transmissão de alta tensão a energia vai para a subestação abaixadora, que abaixará a tensão para a energia poder passar para as linhas de distribuição, que são divididas em 2 etapas: 1 -A distribuição primária que sustenta 3 condutores (fases) e um neutro. 2 – A distribuição secundária que sustentam 2 ou 3 condutores (fases) e um condutor neutro.

       Cada etapa da transmissão trabalha com tensões diferentes. E depois das linhas de distribuição, a energia chega na nossa casa. OBS: as subestações servem como transformadores.

      O relógio de luz que mede a energia elétrica em nossa casa, mede em kWh (quilowatt-hora), a quantidade de energia elétrica transformada em outros tipos de energia. A energia é assim medida em kWh e não em J, pois J é uma unidade muito pequena.

      OBS: Existe um selo que determina os aparelhos que consumem menos energia, a escala se dá de A,B,C,D,E. Sendo A o mais econômico e eficiente.