Máquinas Térmicas
Heron de Alexandria foi o inventor da primeira máquina térmica, um dispositivo que girava impulsionado pelo vapor de água. A princípio, esse dispositivo não foi concebido para produzir trabalho. Assumiu esta função apenas no século XVIII, na Revolução Industrial.
James Watt aprimorou o modelo do dispositivo de Heron, com grandes vantagens em sua utilização nas indústrias, revolucionando a sociedade e desenvolvendo também, os conceitos relacionados à Termodinâmica, com o estabelecimento da Segunda Lei da Termodinâmica, promovendo avanços tecnológicos de grande impacto na sociedade.
Hoje, muitas máquinas térmicas fazem parte do nosso dia-a-dia e seu funcionamento se da a partir dos princípios termodinâmicos desenvolvidos por Heron e James Watt, entre outros. Exemplos dessas máquinas são: o automóvel, a geladeira, o freezer e o ar condicionado.
Disciplina: Física
Professora: Flavia Bicas Grazziotti
Alunos: 2ª série EM
Tema: “Temperatura e calor:estamos usando corretamente esses conceitos?”
Conteúdos
- Escalas termométricas.
Objetivos
- Introduzir os conceitos de calor e temperatura, mostrando a diferença entre ambos;
- Identificar os sistemas de escalas termométricas e as relações existentes entre elas;
- Compreender e aplicar a equação de conversão entre escalas termométricas.
Tempo estimado: 4 aulas
Recursos: DVD, materiais para realização de experimento (latinhas de refrigerante vazias, estilete, fósforos.)
Desenvolvimento
Etapa 1
- Instigar a curiosidade dos alunos com questionamentos:
- Como está o tempo?Está fazendo calor?
- Qual é a sensação térmica? E a temperatura?
- Qual é a diferença entre temperatura e calor?
- É possível uma temperatura alta em um dia sem calor?
- Podemos em uma bacia com água sentir que ela está quente com uma mão e fria com a outra?
- Juntos, assistir ao vídeo: “calor e temperatura”.http://www.youtube.com/watch?v=mRu4Wdi5lP8
- Após visualizar o vídeo, perguntar novamente aos alunos qual a diferença entre temperatura e calor e fixar esses conceitos:
- Temperatura de um corpo é uma propriedade que está relacionada com o fato de o corpo estar mais quente ou mais frio;
- Calor é a energia transferida de um corpo para outro em virtude, unicamente, de uma diferença de temperatura entre eles.
- Equilíbrio: dois ou mais corpos, colocados em contato e isolados de influências externas, tendem para um estado final, denominado estado de equilíbrio térmico, que é caracterizado por uma uniformidade na temperatura dos corpos.
Etapa 2
- Realizar um experimento: “Diferença entre temperatura e calor”;
Tabela do material:
Ø Duas latinhas de refrigerante(Uma vasilha se encaixará melhor sobre a outra se as duas forem da mesma marca)
Ø Duas lamparinas
Ø Água
Ø Estilete
Ø Abridor de latas
Ø Fósforo
Montagem:
Corte duas latinhas bem próximo da borda superior.
No lugar onde foi cortado faça cortes de cerca de cinco milímetros na vertical e depois dobre as beiras da lata para dentro da lata (para evitar acidentes com a beira da lata cortante).
Coloque água em uma vasilha até a metade e encha a outra de água.
Coloque as vasilhas sobre o suporte e periodicamente ponha um dedo dentro de uma vasilha e outro dentro da outra e sinta a diferença de temperatura entre os dois volumes de água.
Comentários
Experimente trocar os dedos de vasilha para sentir melhor a diferença de temperatura entre ambas.
Varie a quantidade de água da vasilha para ver o resultado.
Regule as chamas das lamparinas, de modo que elas atinjam as vasilhas de modo idêntico.
Etapa 3
· Fixar alguns conceitos de Calorimetria com o auxílio de slides;
· Passar à resolução de alguns exercícios.
Dualidade Onda-Partícula
Alguns fenômenos como, por exemplo, o efeito fotoelétrico, indicam que a luz tem comportamento corpuscular, que só pode ser explicado a partir do conceito de fóton. Sendo assim, toda luz, natural ou artificial, origina-se dos átomos, que emitem ou absorvem energia em minúsculos “pacotes” chamados fótons. Portanto, podemos dizer que a luz consiste em jatos de fótons.
A luz branca, por exemplo, é uma composição de fótons com energias que cobrem toda a faixa de luz visível; os fótons de luz mais energéticos produzem luz azul e os menos energéticos, luz vermelha.
Para explicar vários fenômenos, entretanto, a luz deve ser tratada como onda, como propôs o físico holandês Christian Huygens, em 1677, em sua teoria ondulatória da luz. Huygens verificou, em suas experiências sobre a difração das ondas, que a luz, assim como outras ondas, desloca-se normalmente em linha reta. No entanto, quando passam por uma fenda de tamanho aproximado ao seu comprimento de onda, difratam-se em ondas curtas.
A teoria ondulatória da luz ganhou mais adeptos a partir de 1801, com a experiência do físico Thomas Young sobre a interferência da luz: dois raios de luz poderiam cancelar-se em certas condições. Portanto como a luz sofre difração e interferência, fica evidenciado o seu comportamento ondulatório.
Assim, a luz apresenta um comportamento duplo. Em certas circunstâncias, comporta-se como partícula e, em outras, como onda. É a dualidade onda-partícula.
Apesar de a luz ter esse comportamento duplo, nunca apresentará ambos num mesmo experimento. Num determinado fenômeno se comporta como onda e, em outros, como partícula.
Em 1924, Louis de Broglie formulou a hipótese de que esse comportamento duplo não se restringe à luz, mas deve se manifestar, em alguns casos, nos elétrons, prótons, átomos e nas moléculas, que têm movimento ondulatório associado a eles. Mais tarde essa hipótese foi confirmada, estabelecendo-se o comportamento duplo para toda a matéria.
Referências
BONJORNO, J. R. BONJORNO, R. A. BONJORNO, Valter; RAMOS, C. M. Física: História e Cotidiano. Ensino Médio, vol. único. São Paulo: FTD, 2005.
