Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

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Calor latente e mudança de fase


No mundo ao nosso redor, a matéria existe em diferentes estados: sólido, líquido e gasoso. Como você provavelmente sabe, a matéria pode mudar de um estado para outro. Essas mudanças são conhecidas como mudanças de fase. Elas ocorrem quando você adiciona ou remove calor. Nesta lição, vamos explorar os conceitos de calor latente e mudanças de fase em detalhes.

Noções básicas de calor e temperatura

Antes de aprendermos sobre o calor latente, é importante entender os conceitos básicos de calor e temperatura. Calor é uma forma de energia. Ele flui de um objeto mais quente para um objeto mais frio e é medido em joules (J). A temperatura, por outro lado, é uma medida de quão quente ou frio é um objeto, e é medida em graus Celsius (°C) ou Kelvin (K).

Quando você aquece uma substância, sua temperatura geralmente aumenta. No entanto, durante uma mudança de fase, a temperatura da substância não muda, mesmo quando o calor é adicionado ou removido. Isso ocorre porque a energia térmica é usada para mudar o estado da substância, em vez de mudar sua temperatura. É aqui que o calor latente entra em jogo.

Entendendo o calor latente

O calor latente é o calor que é absorvido ou liberado por uma substância durante uma mudança de estado. É importante notar que esse calor não causa uma mudança de temperatura. Em vez disso, é usado para superar as forças que mantêm as moléculas unidas em seu estado atual.

Calor Latente (Q) = massa (m) x capacidade de calor latente (L)

Nesta equação:

  • Q é o calor latente.
  • m é a massa da substância.
  • L é a capacidade de calor latente específica.

O calor latente é medido em joules (J), e a capacidade de calor latente específica é medida em joules por quilograma (J/kg).

Tipos de calor latente

Existem dois tipos principais de calor latente:

  • Calor latente de fusão: É o calor necessário para transformar um sólido em líquido sem qualquer mudança de temperatura.
  • Calor latente de vaporização: Refere-se ao calor necessário para converter um líquido em gás sem qualquer mudança de temperatura.

Mudança de fase

Vamos explorar cada mudança de fase e entender como o calor latente desempenha um papel:

1. Fusão (sólido para líquido)

Considere um pedaço de gelo. Quando você o retira do congelador e deixa à temperatura ambiente, ele começa a derreter. O que está acontecendo aqui? O gelo absorve calor do ambiente, mas sua temperatura não aumenta. Essa energia térmica é usada para quebrar as ligações que mantêm as moléculas de gelo em sua estrutura rígida, transformando-as em água líquida.

Q = mx Lf

onde Lf é o calor latente específico de fusão.

2. Congelamento (líquido para sólido)

Congelamento é o processo oposto à fusão. Quando a água se transforma em gelo, o calor latente é liberado dela. Essa energia liberada ajuda a manter a temperatura da água enquanto ela se transforma em um estado sólido.

3. Evaporação (líquido para gás)

Pense na água fervendo no fogão. A água absorve calor do fogão. Quando atinge 100°C (ao nível do mar), começa a se transformar em vapor, mas a temperatura permanece constante. O calor absorvido vai para mudar a água de líquido para gás, em vez de aquecê-la ainda mais.

Q = mx Lv

onde Lv é o calor latente específico de vaporização.

4. Condensação (gás para líquido)

Este é o reverso da evaporação. Quando o vapor esfria, ele se condensa em água. Durante este processo, o calor latente é liberado no ambiente ao redor. É por isso que o vapor pode causar queimaduras graves - ele libera muita energia quando se condensa na pele.

5. Sublimação (sólido para gás) e deposição (gás para sólido)

Sublimação é quando um sólido muda diretamente para um gás sem primeiro se tornar um líquido, como o gelo seco se transformando em gás dióxido de carbono. A deposição é o oposto – um gás se torna sólido sem primeiro se tornar um líquido. Um exemplo de deposição é como a geada se forma a partir do vapor de água em uma superfície fria.

Exemplo visual: curva de aquecimento

Calor adicionado Temperatura (°C) Sólido fusão líquido Evaporação

O gráfico acima é a curva de aquecimento para água. Mostra como a água absorve calor em diferentes estágios:

  1. À medida que o gelo sólido absorve calor e a temperatura sobe, a linha sobe.
  2. A parte plana é onde ocorre a fusão; a temperatura permanece constante.
  3. A temperatura então sobe novamente à medida que a água líquida absorve mais calor.
  4. Outra parte plana é vista durante a evaporação, quando a água se transforma em vapor.

Exemplo de lição: calculando o calor latente

Imagine que você tem 2 kg de gelo a 0°C e deseja convertê-lo em água líquida na mesma temperatura. Para calcular o calor latente necessário, você usa a fórmula:

Q = mx Lf

Suponha que o calor latente específico de fusão para o gelo seja 334.000 J/kg. Substituindo o valor:

Q = 2 kg x 334.000 J/kg Q = 668.000 J

Portanto, para derreter 2 quilogramas de gelo a 0°C e transformá-lo em água, você precisaria de 668.000 joules de calor.

Aplicações práticas

Entender o calor latente e as mudanças de fase não é apenas teórico; também possui aplicações no mundo real:

  • Refrigeração: Geladeiras e condicionadores de ar dependem dos princípios do calor latente para resfriar. Eles usam o calor latente de vaporização e condensação em seu refrigerante para transferir calor de dentro da geladeira para fora.
  • Sistemas de aquecimento: Muitos sistemas de aquecimento usam o calor latente para transferir energia de maneira eficiente, particularmente em sistemas de armazenamento de calor onde são usados materiais de mudança de fase.
  • Cozinhar: O conhecimento do calor latente ajuda a entender os processos de cozimento. Por exemplo, a água fervente permanece a 100°C até se transformar em vapor, o que mantém a temperatura de cozimento consistente.

Conclusão

Em suma, o calor latente é um conceito-chave para entender como as substâncias mudam de fase sem uma mudança de temperatura. Esta energia é responsável pelas fortes ligações que devem ser superadas durante a fusão, fervura ou congelamento. Reconhecer a importância do calor latente tem implicações práticas em uma variedade de campos, como meteorologia, culinária e tecnologias de aquecimento.

À medida que você continua explorando a física térmica, tenha em mente que transferência de energia e mudanças de fase são integrais tanto para fenômenos naturais quanto para sistemas feitos pelo homem. Observar o mundo com esses conceitos pode levar a uma compreensão mais profunda de como a energia térmica molda nossas experiências cotidianas.


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Calor latente e mudança de fase

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