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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Calor e temperatura


Na física térmica, calor e temperatura são conceitos fundamentais que descrevem o comportamento da energia e da matéria. Esses conceitos nos ajudam a entender como a energia é transferida e como ela afeta o estado e as propriedades das substâncias. Embora muitas vezes sejam usados ​​de forma intercambiável na linguagem cotidiana, calor e temperatura são quantidades físicas diferentes que têm significados diferentes.

Suportando a temperatura

A temperatura é uma medida da energia cinética média das partículas em uma substância. É uma quantidade escalar, que significa que possui magnitude, mas não direção. Quando dizemos que um objeto ou substância está quente ou frio, geralmente estamos nos referindo à sua temperatura.

A temperatura pode ser medida usando diferentes escalas. As escalas mais comuns são Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

Escala de temperatura

Celsius

A escala Celsius é baseada nos pontos de congelamento e ebulição da água à pressão atmosférica padrão, que são 0°C e 100°C, respectivamente.

Kelvin

A escala Kelvin é a unidade SI de temperatura e é utilizada em contextos científicos. Ela começa no zero absoluto, que é o ponto teórico onde as partículas têm o movimento térmico mínimo. As temperaturas em Kelvin podem ser calculadas a partir de Celsius da seguinte forma:

T(K) = T(°C) + 273,15
0 °C / 273,15K 100°C / 373,15K

Fahrenheit

A escala Fahrenheit é usada principalmente nos Estados Unidos. O ponto de congelamento da água é 32°F e o ponto de ebulição é 212°F. A conversão entre Celsius e Fahrenheit é dada como segue:

T(°F) = T(°C) × 9/5 + 32
32°F 212°F

Compreendendo o calor

Calor é uma forma de energia que é transferida entre sistemas ou objetos com diferentes temperaturas. Ao contrário da temperatura, o calor não é uma propriedade de um objeto ou sistema, mas um processo de transferência de energia. O calor flui de um objeto mais quente para um mais frio e pode causar uma mudança na temperatura ou no estado das substâncias envolvidas.

Transferência de calor

Existem três modos principais de transferência de calor: condução, convecção e radiação.

Condutividade

Condução é a transferência de calor através do contato direto entre as moléculas de uma substância. Ocorre principalmente em sólidos. Um exemplo é uma barra de metal sendo aquecida em uma extremidade, fazendo com que o calor flua para a outra extremidade.

fluxo de calor por condução

Convecção

Convecção é a transferência de calor pelo movimento de um fluido (líquido ou gás). Ocorre quando áreas mais quentes de um líquido ou gás se movem em direção às áreas mais frias do fluido. Um exemplo disso é a água fervendo, onde a água mais quente do fundo sobe para a superfície.

correntes de convecção na água

Radiação

Radiação é a transferência de calor na forma de ondas eletromagnéticas. Não precisa de um meio para viajar, então pode ocorrer no vácuo. A transferência de calor do Sol para a Terra é um exemplo de radiação.

calor por radiação

Relação entre calor e temperatura

Embora calor e temperatura estejam relacionados, eles não são a mesma coisa. Temperatura é uma medida da energia cinética média das partículas, enquanto o calor é a energia total transferida como resultado de uma diferença de temperatura. A transferência de calor pode mudar a temperatura de um objeto, mas a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura depende de vários fatores, incluindo a massa da substância e sua capacidade térmica específica.

Capacidade térmica específica

Capacidade térmica específica é a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius. É uma propriedade intrínseca que varia com diferentes materiais. A fórmula para calor adicionado ou removido é:

Q = m × c × ΔT

Onde:

  • Q é o calor transferido (em joules).
  • m é a massa da substância (em quilogramas).
  • c é a capacidade térmica específica da substância (em joules/kg°C).
  • ΔT é a mudança de temperatura (em Celsius).

Exemplo

Vamos considerar um exemplo para ilustrar essa relação. Se você tiver um recipiente de água e uma barra de metal, ambos à temperatura ambiente, e você fornecer a mesma quantidade de calor a ambos, a temperatura da água aumentará menos que a da barra de metal. Isso ocorre porque a água possui uma capacidade térmica específica maior que o metal, o que significa que ela requer mais calor para aumentar sua temperatura.

Imagine outro cenário: você tem um pedaço de gelo a 0°C que aquece ao ligar o fogão. Inicialmente, todo o calor vai para derreter o gelo sem alterar sua temperatura, o que mostra que a transferência de energia nem sempre é resultado de uma mudança de temperatura.

Aplicações práticas

Compreender o calor e a temperatura é importante em muitos campos, como culinária, construção, tecnologia climática e até mesmo no design de eletrodomésticos.

Culinária

A culinária envolve a transferência de calor para o alimento para alterar sua temperatura e estado. Por exemplo, conhecer a capacidade térmica específica da água ajuda a entender quanto de energia é necessário para ferver ou esfria-la.

Construção

Os materiais de construção são selecionados com base em suas propriedades térmicas. Materiais de isolamento são usados para reduzir a perda ou ganho de calor, melhorando a eficiência energética e o conforto nos edifícios.

Clima e tempo

A climatologia envolve frequentemente o estudo de como o calor do sol é transferido através da atmosfera e oceanos da Terra, o que influencia os padrões climáticos e mudanças climáticas.

Tecnologia e equipamentos

O gerenciamento térmico em eletrônicos, como telefones e computadores, é crucial para manter o desempenho e garantir a longevidade. Os dispositivos são projetados para dissipar o calor de forma eficiente, reduzindo o superaquecimento e possíveis danos.

Conclusão

Em conclusão, calor e temperatura são conceitos fundamentais para entender como a energia é transferida e utilizada em diversos materiais e processos. A temperatura representa a energia média do movimento das partículas em uma substância, enquanto o calor descreve a energia transferida entre objetos devido a diferenças de temperatura. Compreender esses conceitos fornece informações essenciais sobre o mundo físico, impactando uma variedade de aplicações científicas, industriais e da vida cotidiana.


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