Termodinâmica

Para compreendera Termodinâmica faz-se necessário entender a teoria dos Gases. Clique aqui para ver nosso resumo sobre tal assunto.
Dica de Vestibular: Termodinâmica é um assunto muito incidente em 2ª fase, quando aparece na prova de 1ª fase geralmente é uma questão abordando conceitos teóricos.

1.  O que é termodinâmica?

termo = calor
dinâmica = estudo da causa do movimento
Traduzindo o conceito acima, tem-se que termodinâmica é o estudo das causas do movimento que possuem origem nas expansões gasosas ocasionadas pelo recebimento de calor.

2. Energia Interna (U)

É a energia associada à vibração dos átomos ou moléculas. Sendo assim, tem-se que a energia interna é uma grandeza diretamente proporcional à temperatura do corpo.
O cálculo da energia interna é feito em função do tipo de átomo que forma o gás em questão:

  • Gás MONOATÔMICO (exemplo: hélio e demais gases nobres)

U=\frac{3}{2}\cdot n\cdot R\cdot T

  • Gás DIATÔMICO (exemplo: gás oxigênio, gás hidrogênio e demais gases que são formados por dois átomos)

U=\frac{5}{2}\cdot n\cdot R\cdot T

  • Gás POLIATÔMICO (exemplo: vapor de água, gás oxônio e demais gases que são formados por três ou mais átomos)

U=3\cdot n\cdot R\cdot T

3. Trabalho de um gás (W)

O conceito de trabalho vem da mecânica, a qual mostra que trabalho é a capacidade de transferir energia de um corpo para outro.
O gás realiza trabalho quando ele faz uma expansão isobárica (trabalho positivo), já o gás recebe trabalho quando algum meio externo faz o gás sofrer uma compressão isobárica (trabalho negativo)
O trabalho na termodinâmica é calculado através da seguinte equação:
W=P\cdot \Delta V
Onde:
P = pressão do gás (no SI, em Pa, pascal)
ΔV = variação do volume (no SI, em m3)

4. Leis da Termodinâmica

1ª Lei:

A primeira lei da termodinâmica fala sobre a conservação de energia térmica: a quantidade de calor (Q) quando fornecida à um gás se converterá em realização de trabalho (W) por esse gás e em aumento das vibrações moleculares (U) do próprio gás.
A equação da 1ª lei da termodinâmica é apresentada a seguir:
Q=W+U
No SI, todas as grandezas dessa equação terão J (joule) como unidade de medida.
Observação: o trabalho (W) e a energia interna (U) foram vistos no início desse post, caso necessite relembrar quantidade de calor (Q), clique aqui e acesse nosso resumo de calorimetria.

2ª Lei:

  • Enunciado de Kelvin-Plank:

Em um ciclo reversível, é impossível converter todo calor em trabalho.

  • Enunciado de Clausis:

Em um ciclo, é impossível construir uma máquina que obtenha energia a partir de um corpo frio para um com temperatura maior.

5. Exercício de Aplicação

(Fuvest 2015 – Questão 64 – Versão V) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A→B, B→C e C→A, conforme o diagrama p x V apresentado na figura abaixo.

Questão da Fuvest 2015
Questão da Fuvest 2015

A respeito dessas transformações, afirmou-se o seguinte:
I. O trabalho total realizado no ciclo ABCA é nulo.
II. A energia interna do gás no estado C é maior que no estado A.
III. Durante a transformação A→B, o gás recebe calor e realiza trabalho.
Está correto apenas o que se afirma em

Note e Adote:
O gás deve ser tratado como ideal;
A transformação B → C é isotérmica.

A) I.
B) II.
C) III.
D) I e II.
E) II e III.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela Fuvest (procure a resposta da questão 64 da versão V).
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Gases Reais e Ideais

Esse post resume uma matéria extremamente importante para as vestibulares atuais, sendo muito incidente no ENEM e nos principais vestibulares do país.
Esclarecimento: A abordagem da matéria de Gases na física está restrita ao comportamento dos gases gerando movimento sem ocorrência de reações químicas, pois estas são objetos de estudo da química.

1. Equação dos gases reais (ou Equação de Van der Waals):

A equação dos gases reais é a expressão que relaciona as grandezas físicas que caracterizam o comportamento de um gás, a seguir ela é apresentada:

\left (P+\frac{a\cdot n^{2}}{V^{2}} \right )\cdot \left ( V-n\cdot b \right )=n\cdot R\cdot T

Onde:
a e b são parâmetros experimentais que dependem da natureza do gás
As demais grandezas são apresentadas logo abaixo no tópico “3. Equação dos gases ideais (ou Equação de Clapeyron)”

2. Gases ideais:

Percebe-se pela equação dos gases reais que tal cálculo é complexo e difícil de se determinar sem o uso de aparelhos eletrônicos e sem os dados experimentais. No entanto pode-se conseguir resultados razoavelmente próximos dos valores reais se considerar que o gás apresenta o comportamento de um gás ideal.
Um gás pode ser considerado ideal se satisfizer as seguintes condições:
I) Os átomos ou as moléculas deverão ser considerados puntiformes, ou seja, suas dimensões são desprezíveis.
II) Os átomos ou as moléculas sofrem colisões perfeitamente elásticas e de curta duração.
III) Só há forças devido aos choques, ou seja, despreza-se as interações de naturezas gravitacionais, elétricas e químicas.
IV) A quantidade de átomos ou moléculas é grande e elas descrevem um movimento aleatório.

3. Equação dos gases ideais (ou Equação de Clapeyron):

Na grande maioria dos vestibulares, utiliza-se a equação dos gases ideais para saber o comportamento físico dos gases, tal equação é dada pela seguinte expressão:
P\cdot V=n\cdot R\cdot T
Onde:
P = pressão do gás
V = volume ocupado pelo gás ou volume do recipiente em que o gás está
R = constante universal dos gases ideias
R = 0,082 atm.L /mol.K  ou R = 8,31 J/ K.mol
n = número de mols dos gases envolvidos
n=\frac{m}{M}
Onde:
m = massa de gás (em gramas)
M = massa molar (em gramas por mol)

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4. Transformações gasosas:

a) Equação clássica:

Quando um gás está em um estado inicial e faz ele variar suas grandezas físicas fundamentais (pressão, volume e temperatura), tem-se uma transformação gasosa.
Ao longo do tempo, alguns cientistas estudaram o comportamento dessas transformações e desenvolveram a seguinte relação:
\frac{P_{inicial}\cdot V_{inicial}}{T_{inicial}}=\frac{P_{final}\cdot V_{final}}{T_{final}}
Para conseguir interpretar os enunciados das questões é importante saber os nomes das transformações gasosas em função da grandeza que permanece constante, tal relação é colocada a seguir:
Pressão constante = Transformação Isobárica
Volume constante = Transformação Isométrica ou Isocórica ou Isovolumétrica
Temperatura constante = Transformação Isotérmica ou Isoterma

b) Transformações envolvendo variação do número de mols:

Na equação clássica de transformação gasosa, o número de mols é considerado constante, porém em diversas ocasiões isso não aparece em questões de vestibular. Nesses casos, adota-se a equação a seguir:
\frac{P_{inicial}\cdot V_{inicial}}{n_{inicial}\cdot T_{inicial}}=\frac{P_{final}\cdot V_{final}}{n_{final}\cdot T_{final}}
Observação: Não existe um nome específico para dizer que o número de mols é constante, sendo assim toda vez que o enunciado da questão não mencionar que o número de mols está variando, então considere que o número de mols é constante.

5. Exercício de Aplicação:

(Fuvest 2016 – Questão 29 – Versão V) Uma garrafa tem um cilindro afixado em sua boca, no qual um êmbolo pode se movimentar sem atrito, mantendo constante a massa de ar dentro da garrafa, como ilustra a figura. Inicialmente, o sistema está em equilíbrio à temperatura de 27°C. O volume de ar na garrafa é igual a 600 cm3 e o êmbolo tem uma área transversal igual a 3 cm2. Na condição de equilíbrio, com a pressão atmosférica constante, para cada 1°C de aumento da temperatura do sistema, o êmbolo subirá aproximadamente

Note e adote:
0 °C = 273 K
Considere o ar da garrafa como um gás ideal.

A) 0,7 cm
B) 1,4 cm
C) 2,1 cm
D) 3,0 cm
E) 6,0 cm
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela Fuvest (procure a resposta da questão 29 da versão V).
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Propriedades Periódicas dos Elementos

Todos os elementos químicos que conhecemos estão dispostos na tabela periódica conforme seus números atômicos, conforme podemos conferir no resumo sobre Classificação Periódica dos Elementos.

Certas propriedades variam periodicamente, ou seja, existe uma tendência ao longo da tabela periódica.
Se conhecermos essas tendências, fica fácil prever, mesmo que de maneira qualitativa e relativa, as propriedades de um elemento de posição conhecida.

Raio Atômico

Na prática, o raio atômico significa a distância entre o núcleo do átomo e o elétron de maior energia, ou seja, aquele que se encontra na camada de valência.
Como não é possível determinar a posição do elétron, essa medida é determinada indiretamente através da distância entre os núcleos de dois átomos desse elemento (contanto que não estejam ligados quimicamente).
Em uma família o raio atômico aumenta de cima para baixo, e em um período aumenta da direita para esquerda.
raio atômico

Potencial de ionização

Potencial de ionização ou energia de ionização é a energia necessária para “arrancar” um elétron de um átomo (no estado gasoso e fundamental) e transformá-lo em um cátion.
Note que os elementos com maior probabilidade de terem os elétrons arrancados são os que possuem o menor potencial de ionização (necessitam de menos energia).
Em uma família essa propriedade aumenta de baixo para cima e em um período da esquerda para a direita.
Potencial de ionização

Eletroafinidade

Podemos considerar que a eletroafinidade ou afinidade eletrônica é o fenômeno inverso descrito pelo potencial de ionização. A eletroafinidade é a energia liberada quando um átomo neutro, no estado gasoso e fundamental recebe um elétron.
A eletroafinidade aumenta de baixo para cima e da esquerda para a direita. Essa propriedade é muito importante para os não metais.
Eletroafinidade

Densidade

A densidade (d) de um corpo é a razão entre a massa (m) e o volume (V) ocupado.
d=m/v
Esquematicamente, em uma família, a densidade aumenta de cima para baixo e em um período aumenta da extremidade para o centro da tabela periódica.
Densidade

Ponto de fusão e de ebulição

Ponto de fusão é a temperatura na qual o elemento passa do estado sólido para o estado líquido. Já o ponto de ebulição é a temperatura onde ocorre a mudança do estado líquido para o gasoso.
Para os alcalinos e alcalino terrosos (famílias 1 e 2) os pontos de fusão e ebulição aumentam de baixo para cima.
Para o restante dos elementos, os pontos de fusão e ebulição aumentam de cima para baixo e das extremidades para o centro.
O tungstênio (W) é o metal com maior ponto de fusão (3422 oC).
Nesse esquema, há a exceção do carbono que possui ponto de fusão de 3800 oC.
ponto de fusão e ebulição

Volume atômico

Volume atômico de um elemento é o volume ocupado por 6,02 x 1023 átomos desse elemento no estado sólido.
Em uma família ocorre o aumento do volume atômico de cima para baixo. Para o período o volume aumenta do centro para as extremidades.
volume atômico
Agora fica claro que essas propriedades apresentadas possuem períodos de repetições onde há um aumento e depois um decréscimo seguidamente (ou inverso).
No entanto, existem propriedades que seus valores apenas aumentam ou diminuem com o aumento do número atômico. Por isso, são chamadas aperiódicas. É o caso do número de massa que somente aumenta à medida que se aumenta o numero atômico.

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Primeiro Vestibular — Como Escolher o Curso Certo

Uma coisa é certa: decidir o que prestar no primeiro vestibular não é tarefa fácil. Não existe uma fórmula pronta para descobrir como escolher o curso certo para você, já que esse é um processo que demanda autoconhecimento e reflexão. Apesar disso, temos algumas dicas para guiar você por esse processo, confira!

Primeiro passo: pesquise 

Pesquisar é a primeira coisa que você deve fazer se não sabe como escolher o curso certo. Leia sobre carreiras que te interessam e também sobre aquelas que não te despertam tanta curiosidade, afinal, você nunca sabe pelo que vai se apaixonar, não é mesmo?
Escolher uma carreira é muito mais do que apenas decidir o que prestar no vestibular, portanto não se prenda ao cursos das universidades ou à grade de aulas. Procure saber o que é possível fazer ao se formar em determinado curso, quais são as oportunidades disponíveis e outras colocações do mercado.

Segundo passo: olhe para dentro de si 

Depois de pesquisar bastante e já compreender as nuances de algumas carreiras, é hora de olhar para si mesmo e refletir. Quais são suas preferências, habilidades e gostos? Qual o seu perfil?
Escolha algum curso que for de seu interesse e pense se você seria feliz desempenhando aquele papel ao longo dos anos. É preciso lembrar que não é por você não ser muito bom em matemática que não pode optar por uma carreira na engenharia, certo? É fato que será preciso um esforço maior de sua parte durante a graduação, mas de forma alguma é impossível.

Terceiro passo: participe 

Nesse momento, você já deve ser capaz de identificar alguns cursos com os quais tem mais afinidade, não é mesmo? O terceiro passo é essencial para conseguir finalizar a sua decisão e ter a certeza absoluta de que essa é a escolha certa.
Participe de palestras, frequente eventos como “aluno por um dia” ou feiras de carreiras. É muito comum universidades abrirem suas portas para estudantes que pensam em prestar vestibular para algum de seus cursos.
É nesse momento que suas ideias se tornarão mais claras. Você vai ver e ouvir as experiências direto da boca de quem já esteve no mesmo lugar que você.

E agora, já sabe como escolher o curso certo? 

O Kuadro ajuda você a passar na universidade que escolher! Estamos aqui para te acompanhar nessa jornada e tornar esse período mais leve. Sua escolha vale tudo. Confira nossos cursos e comece agora mesmo a se preparar para a melhor fase da sua vida.

Calorimetria

Esse post resume uma matéria extremamente importante para os vestibulares atuais! A Calorimetria é muito incidente no ENEM e nos principais vestibulares do país

1. Definições:

a) Calorimetria:

Parte da Física que estuda quantitativamente as trocas de calor entre os corpos.

b) Quantidade de Calor (Q):

Grandeza física que mede a quantidade de energia térmica envolvida em trocas de calor.
No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade de medida da quantidade de calor é o J (joule), porém é muito comum utilizarmos a unidade usual cal (caloria).

2. Capacidade térmica (C):

Grandeza física que mede a relação entre a quantidade de calor fornecido a um corpo pela variação de temperatura causado a esse corpo.
Essa grandeza está associada às características de um corpo (ou seja, objeto formado por diversas substâncias).
C=\frac{Q}{\Delta T}
Onde:
Q = quantidade de calor
ΔT = variação da temperatura (pode ser em °C ou em K)

3. Calor específico (c):

Propriedade de uma substância que relaciona a capacidade de tal substância variar a temperatura quando recebe ou cede quantidade de calor.
c=\frac{C}{m}
Onde:
m = massa de substância
C = capacidade térmica

4. Tipos de Quantidade de Calor:

a) Quantidade de calor sensível:

É a quantidade de calor relacionada à alteração da temperatura, ou seja, toda vez que uma substância varia a temperatura sem mudar de estado físico, diz-se que ela recebeu ou cedeu uma quantidade de calor sensível.
Q=m\cdot c\cdot \Delta T
Onde:
m = massa da substância que está variando a temperatura

b) Quantidade de calor latente:

É a quantidade de calor relacionada à mudança de estado físico de uma substância.
Q=m\cdot L
Onde:
m = massa da substância que está mudando de estado físico
L = coeficiente de calor latente de uma substância em uma mudança de estado físico
Observação: o L depende da substância, mas também depende da mudança de estado físico em questão. Por exemplo, a água possui dois valores de L, um para a fusão e outro para a ebulição.

c) Quantidade de calor de um corpo com capacidade térmica:

Quando em um sistema tem um determinado corpo que é formado por várias substâncias, faz-se necessário obter a quantidade de calor trocada com tal corpo utilizando a seguinte equação:
Q=C\cdot \Delta T
Onde:
C = capacidade térmica do corpo
ΔT = variação da temperatura (pode ser em °C ou em K)

5. Equilíbrio térmico:

Em sistemas isolados (ou seja, que não trocam calores com meios externos), tem-se que a soma de todos os calores cedidos pela fonte quente com todos os calores recebidos pela fonte fria deve ser igual a zero
\sum Q_{CEDIDO}+\sum Q_{RECEBIDO}=0

6. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2016 – Questão 54 – Versão Azul) Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento.
Considere o calor específico da água igual a 4kJ/(kg°C).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de
A) 42.
B) 84.
C) 167.
D) 250.
E) 500.
Dica para resolver essa questão do ENEM:
Lembre-se do conceito de potência que vem do estudo da mecânica:
P=\frac{Q}{\Delta T}
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pelo INEP (procure a resposta da questão 54).
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