2 ano

Material de estudo - 2º trimestre - 2º ano - Física - Profª Luciana Madsen Ferrão

Aula 1

📚 Escalas termométricas

1. O que são escalas termométricas?

• São formas de medir a temperatura.
• Temperatura está relacionada à agitação das partículas de um corpo.

2. Principais escalas

• Celsius (°C): baseia-se no ponto de fusão da água (0°C) e no ponto de ebulição (100°C).
• Fahrenheit (°F): utilizada principalmente nos EUA; 32°F (fusão), 212°F (ebulição).
• Kelvin (K): escala absoluta, usada na ciência; 0 K = zero absoluto (ausência total de energia térmica).

3. Conversões
(Sem explorar cálculos, apenas a lógica geral)

• Celsius e Fahrenheit: relacionadas linearmente.
• Celsius e Kelvin: diferença constante de 273.

4. Aplicações práticas

• Termômetros médicos (Celsius ou Fahrenheit).
• Pesquisas científicas e indústrias (Kelvin).
• Climatologia e meteorologia.

5. Curiosidades

• Zero Kelvin é a temperatura mais baixa possível (inalcançável na prática).
• A escala Kelvin não tem graus, apenas unidades (não se diz "graus Kelvin").

🧠 Desafios Investigativos

1. Por que os Estados Unidos ainda usam a escala Fahrenheit em vez da Celsius, mais comum no resto do mundo?
2. Quais tipos de instrumentos utilizam a escala Kelvin e em quais áreas do conhecimento ela é mais importante?
3. É possível atingir o zero absoluto (0 K) em laboratório? O que acontece com a matéria nesse ponto?
4. Qual foi a contribuição de Anders Celsius e Lord Kelvin para a ciência da termodinâmica?
5. Descubra onde no mundo a temperatura mais baixa já registrada foi medida — em qual escala foi registrada e qual foi o valor?

Aula 2

📚 Dilatação linear e superficial

1. O que é dilatação térmica?

• É o aumento das dimensões de um corpo quando sua temperatura aumenta.
• Ocorre porque as partículas se agitam mais e se afastam umas das outras.

2. Tipos de dilatação térmica

• Linear: ocorre no comprimento (ex: trilhos de trem, cabos de energia).
• Superficial: ocorre na área (ex: chapas metálicas, tampas de panelas).
• (Existe também a volumétrica, mas aqui o foco é linear e superficial.)

3. Materiais diferentes, dilatações diferentes

• Cada material tem um coeficiente de dilatação.
• Metais geralmente dilatam mais que outros materiais.
• Vidro, concreto, aço, alumínio: cada um reage de maneira diferente ao calor.

4. Aplicações e exemplos práticos

• Juntas de dilatação em pontes e calçadas evitam rachaduras.
• Cabos elétricos ficam mais esticados no frio e mais frouxos no calor.
• Termômetros de mercúrio funcionam pela dilatação do líquido.

5. Curiosidades

• Trilhos de trem são colocados com espaço entre si por causa da dilatação.
• Uma panela pode emperrar a tampa por diferença de dilatação entre materiais.
• O vidro pode estourar com choque térmico por dilatar pouco e de forma desigual.

🧠 Desafios Investigativos

1. Por que os trilhos dos trens têm pequenos espaços entre eles? O que poderia acontecer sem esses espaços?
2. Que tipo de material é mais usado em construções com variação térmica e por quê? (ex: pontes, viadutos, janelas)
3. Como a dilatação térmica pode causar acidentes ou falhas em equipamentos e estruturas do cotidiano? Dê um exemplo.
4. Qual é o princípio físico por trás do funcionamento do termômetro de mercúrio?
5. Descubra um caso real em que a falta de planejamento da dilatação térmica causou um problema ou prejuízo em alguma obra.

Aula 3

📚 Dilatação Volumétrica

O que é?

• É a variação tridimensional (em volume) que um corpo sofre ao ser aquecido.
• Ocorre principalmente em líquidos e gases, mas também em sólidos.

Características:

• Aumento de comprimento, largura e altura simultaneamente.
• Depende do coeficiente de dilatação volumétrica (γ) da substância.
• Para sólidos: γ = 3α (α = coef. linear).
• Em líquidos, é importante no funcionamento de termômetros de álcool e água.
• Em gases, segue a lei dos gases ideais, com grande variação de volume.

Exemplos no cotidiano:

• A água que transborda ao ferver.
• Recipientes plásticos deformados pelo calor.
• Balões inflados que aumentam de tamanho com calor.

🧠 Desafios Investigativos

1. Por que é mais comum observarmos líquidos transbordando do que sólidos se dilatando no dia a dia?
2. O que acontece com o volume do ar dentro de um pneu de bicicleta deixado ao sol? Por quê?
3. Qual é a diferença entre dilatação volumétrica em líquidos e em sólidos? Em qual caso é mais perceptível?
4. Por que recipientes de vidro quebram ao serem preenchidos com líquidos quentes, mesmo que sejam resistentes?
5. Descubra um equipamento que funcione com base na dilatação volumétrica. Como ele usa esse fenômeno a seu favor?

Aula 4

📚 Mudanças de Estado de Agregação

O que são?
São transformações físicas pelas quais a matéria altera seu estado físico, sem mudar sua composição química.

Principais Mudanças e Nomes:

• Fusão (sólido → líquido)
  Ex: gelo derretendo.
• Vaporização (líquido → gasoso)
  Três formas: evaporação (lenta), ebulição (rápida), calefação (instantânea).
  Ex: água fervendo.
• Condensação ou Liquefação (gasoso → líquido)
  Ex: vapor d’água virando gota na tampa da panela.
• Solidificação (líquido → sólido)
  Ex: água congelando.
• Sublimação (sólido ↔ gasoso)
  Ex: naftalina evaporando.

Aplicações no Cotidiano:

• Geladeiras, ferros de passar, panelas de pressão.
• Climatização de ambientes.
• Fenômenos naturais: neve, neblina, formação de orvalho.

Importante Saber:

• A temperatura permanece constante durante a mudança de estado.
• Cada substância tem ponto de fusão e ebulição específicos.
• A pressão também influencia essas transformações.

🧠 Desafios Investigativos

1. Por que o gelo mantém sua temperatura enquanto está derretendo?
2. Qual a diferença entre evaporação e ebulição? Cite um exemplo de cada.
3. Por que sentimos frio ao sair da piscina, mesmo que o sol esteja quente?
4. Como funciona a sublimação em produtos de limpeza ou em elementos como a naftalina?
5. Por que as roupas secam mais rápido em dias secos e com vento? O que isso tem a ver com mudanças de estado?

Aula 5

📚 Equilíbrio Térmico

O que é?
É o estado em que dois ou mais corpos trocam calor entre si até atingirem a mesma temperatura, interrompendo a troca de calor.

Conceitos-Chave:

• Corpo mais quente → transfere calor
• Corpo mais frio → recebe calor
• A troca de calor ocorre até que todos estejam com a mesma temperatura.

Princípio Zero da Termodinâmica:
Se um corpo A está em equilíbrio térmico com B, e B está com C, então A está com C.
👉 Essa é a base para construção dos termômetros.

Exemplos do Cotidiano:

• Colher de metal quente dentro de um copo de água fria.
• Uma mamadeira deixada em banho-maria.
• Um corpo com febre em contato com toalha fria.
• Geladeira resfriando alimentos.

Importante Saber:

• Não envolve mudança de estado físico.
• A quantidade de calor trocada depende do calor específico e massa dos corpos.
• O equilíbrio térmico é atingido mais rápido se houver boa condução de calor.

🧠 Desafios Investigativos

1. Por que um copo de vidro com água quente pode trincar ao ser colocado na geladeira?
2. Por que usamos termômetros para medir a temperatura do corpo humano?
3. O que ocorre quando colocamos uma pedra quente dentro de um balde com água fria?
4. Por que cobrir um alimento com papel alumínio ajuda a manter a temperatura por mais tempo?
5. Em uma sala com vários objetos, como saber se todos já estão em equilíbrio térmico?