Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Propriedades termométricas e escala de temperatura


Para entender o calor e a temperatura na física térmica, primeiro precisamos explorar alguns conceitos básicos, incluindo propriedades termométricas e escalas de temperatura. Esses conceitos nos ajudam a medir a temperatura, que é um dos parâmetros essenciais na física térmica e na vida cotidiana.

Quais são as propriedades do termômetro?

Propriedades termométricas são propriedades físicas de substâncias que mudam de maneira previsível com a mudança de temperatura. Usando essas propriedades, podemos medir a temperatura com precisão. Várias propriedades termométricas são utilizadas no design de termômetros:

  • Volume ou comprimento: Em um termômetro de líquido em vidro, o volume do líquido (geralmente mercúrio ou álcool) muda com a temperatura.
  • Resistência elétrica: Metais como platina têm resistência que muda com a temperatura, o que é utilizado em termômetros de resistência.
  • Tensão: Termopares produzem tensão quando dois metais diferentes são conectados e há uma diferença em suas temperaturas.
  • Pressão: A pressão de um gás a volume constante muda com a temperatura, o que é utilizado em termômetros a gás.

Expansão de volume ou comprimento: Um exemplo simples

Imagine um termômetro de mercúrio. Aqui, o líquido (mercúrio) se expande à medida que a temperatura aumenta e se contrai à medida que esfria. Suponha que você tenha um tubo de vidro simples cheio de mercúrio:

    | | |______________|

À medida que a temperatura sobe, o mercúrio se expande:

    | | |______________|  / __________/

Essa expansão prevista é então calibrada em uma escala para medir a temperatura com precisão.

Escala de temperatura normal

Para expressar a temperatura, usamos diferentes escalas de temperatura. Cada escala fornece um sistema de paralelos que são numericamente diferentes e baseados em pontos fixos. As escalas de temperatura mais comuns são Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

Escala Celsius

A escala Celsius é amplamente utilizada em todo o mundo, especialmente em contextos científicos. Ela é baseada no ponto de fusão do gelo e no ponto de ebulição da água à pressão atmosférica padrão. Na escala Celsius:

  • 0 graus Celsius (°C) é o ponto de fusão do gelo.
  • 100 graus Celsius (°C) é o ponto de ebulição da água.

O intervalo entre esses dois pontos é dividido em 100 partes iguais, aumentando 1°C para cada parte. Aqui está uma representação visual simples:

    0°C |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 100°C

Celsius é prático devido à sua relação direta com os pontos de mudança de fase da água, tornando-o intuitivo em muitos cenários do mundo real.

Escala Fahrenheit

A escala Fahrenheit é usada principalmente nos Estados Unidos. Sua calibração é mais complexa do que a Celsius:

  • 32 graus Fahrenheit (°F) é o ponto de fusão do gelo.
  • 212 graus Fahrenheit (°F) é o ponto de ebulição da água.

O intervalo entre esses pontos é dividido em 180 partes iguais, resultando em cada grau nesta escala sendo menor que o da Celsius. Aqui está um exemplo:

    32°F |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 212°F

A fórmula a seguir é usada para converter a temperatura de Celsius para Fahrenheit:

    °F = (°C × 9/5) + 32

E para converter Fahrenheit em Celsius:

    °C = (°F - 32) × 5/9

Escala Kelvin

A escala Kelvin é a unidade padrão de temperatura em medições científicas, pois começa no zero absoluto, a menor temperatura teoricamente possível onde o movimento das partículas teoricamente para. Não há números negativos nesta escala, o que simplifica muitos cálculos científicos.

Nesta escala:

  • 0 Kelvin (K) é o zero absoluto.
  • 273,15 K é o ponto de congelamento da água.
  • 373,15 K é o ponto de ebulição da água.

A fórmula para converter Celsius em Kelvin é:

    K = °C + 273.15

A conversão de Kelvin para Celsius é feita usando o seguinte:

    °C = K - 273.15

Instrumentos de medição

Diferentes termômetros são projetados com base em propriedades termométricas específicas, e esses instrumentos são calibrados para atender a diferentes escalas. Vamos ver os tipos mais comuns de termômetros:

Termômetro de líquido em vidro

Estes termômetros estão entre os mais simples. A expansão de um líquido, geralmente mercúrio ou álcool, em um tubo de vidro estreito corresponde a uma mudança de temperatura. Devido à sua simplicidade, são mais comumente usados em aplicações domésticas e de campo.

Termômetro a gás

Termômetros a gás variam a pressão com base em mudanças de temperatura enquanto mantém um volume constante. São extremamente precisos e são principalmente usados para medições precisas em laboratórios.

Termômetro de resistência

Usando metais como a platina, a funcionalidade de um termômetro de resistência elétrica é baseada na mudança de resistência do metal com a temperatura. Sua precisão o torna popular em aplicações industriais.

Termopares

Esses sensores de temperatura são baseados na tensão gerada por dois metais diferentes conectados em uma extremidade, relativa à diferença de temperatura na outra extremidade. Devido à sua ampla faixa de temperatura e tempo de resposta rápido, são benéficos em uma variedade de campos.

Conclusão

Compreender as propriedades termométricas e as escalas de temperatura é importante para o estudo do calor e da temperatura na física térmica. Esses princípios não apenas nos ajudam a medir a temperatura, mas também conectam vários conceitos científicos, fornecendo-nos informações valiosas sobre fenômenos dependentes da temperatura na natureza e na indústria.

Ao aprender como diferentes materiais e dispositivos realizam essas medições, nos tornamos mais capacitados para aplicar conceitos térmicos em contextos práticos e teóricos.


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