quarta-feira, 8 de junho de 2011

RESUMO DE TERMOLOGIA

TERMOMETRIA
Conceitos básicos
Temperatura
É a medida do grau de agitação molecular. Essa medida é feita indiretamente medindo-se a variação de grandezas
Físicas que variam biunivocamente com a temperatura. Por esse motivo são chamadas grandezas físicas termométricas. Como exemplo podemos citar a pressão, o volume e a resistência elétrica.
Os sistemas construídos para medir-se a temperatura são chamados termômetros. Como exemplos têm-se o termômetro de mercúrio, o de álcool, o de pressão, etc.
Como a temperatura está associada ao movimento das moléculas, pode-se encará-la como medida do nível energético das moléculas.
Energia térmica
É a energia associada à energia cinética das moléculas. Portanto, depende da massa e da temperatura de um corpo.
Equilíbrio térmico
Dizemos que dois corpos estão em equilíbrio térmico quando estão à mesma temperatura.
Graduação de um termômetro
A graduação de termômetro é feita com água pura à pressão normal (1 atm). No termômetro são marcadas duas posições. Uma marca é obtida mergulhando-se o termômetro num recipiente que contém gelo em fusão; é o primeiro ponto fixo (1° P.F.).
A outra marca é obtida mergulhando-se o termômetro num recipiente que contém água em ebulição; é o segundo ponto fixo (2° P.F.)
Escalas termométricas
Das escalas acima, a Celsius é a mais utilizada.
A escala Fahrenheit é adotada nos países de língua inglesa.
A escala Kelvin é a escala utilizada pelo Sistema Internacional de Unidades. É a única escala absoluta, ou seja, a única cujo zero é absoluto e não relativo como nas outras.
Função termométrica
É toda função que relaciona, biunivocamente, a medida da temperatura com a de uma grandeza física termométrica. Portanto, pode-se relacionar a temperatura de um corpo, ou substância, com a sua pressão, com a seu volume, etc.
CALORIMETRIA
CALOR (Q)
Introdução
Quando dois corpos, em temperaturas diferentes, são postos em contato, observa-se que a temperatura do corpo mais quente diminui, enquanto que a temperatura do corpo mais frio aumenta. Essas variações de temperatura cessam quando as temperaturas de ambos se igualam (equilíbrio térmico).
Portanto, durante esse processo, o nível energético (grau de agitação molecular) do corpo mais quente diminui, enquanto que o do corpo mais frio aumenta. Como a energia térmica de um corpo depende, além da sua massa e da substância que a constitui, da sua temperatura, conclui-se que as variações de temperatura estão associadas às variações de energia térmica.
Concluindo, a diferença de temperatura entre dois corpos provoca uma transferência espontânea de energia térmica do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Essa quantidade de energia térmica que se transferiu é chamada de calor.
Calor é energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas.
Unidades
No S.I. o calor é medido em J (joule). Usualmente utiliza-se a cal (caloria), tal que:
1 cal = 4,186 J
Sinal do Calor
O calor (quantidade de energia térmica) é positivo (Q > 0) quando um corpo recebe energia térmica e negativo (Q < 0) quando perde.
Calor "perdido": Q < 0
Calor "recebido": Q > 0
Formas de Calor
A quantidade de energia térmica recebida ou perdida por um corpo pode provocar uma variação de temperatura ou uma mudança de fase (estado de agregação molecular).
Se ocorrer variação de temperatura, o calor responsável por isso chamar-se-á calor sensível. Se ocorrer mudança de fase, o calor chamar-se-á calor latente.
CÁLCULO DO CALOR
Calor Sensível
Verifica-se experimentalmente que o valor do calor sensível depende da substância utilizada, e da variação de temperatura sofrida por ela. Esse valor é obtido pela relação abaixo
onde c é um coeficiente de proporcionalidade chamado calor específico sensível de uma substância.
Esse coeficiente depende da natureza da substância, da sua temperatura e da fase em que se encontra.
A influência da temperatura não será considerada, pois utiliza-se  um valor médio para o calor específico sensível.
Observações:
1ª - A unidade de c no S.I. é dada por J/kg .K, mas usualmente utiliza-se cal/g oC, pois:


2ª - O produto (m . c) é chamado capacidade térmica C de um corpo, ou seja:


Desta relação conclui-se que a capacidade térmica é medida em J/K no S.I. e em cal/ ºC no sistema usual.

3ª - Das relações anteriormente definidas, concluiu-se que, tanto a capacidade térmica como o calor específico sensível, são grandezas positivas, pois:

 

TRANSMISSÃO DE CALOR
Condução de calor
O calor pode se propagar por três processos:
Conduçãoconvecção e irradiação.
condução é processo pelo qual o calor se
transmite ao longo de um meio material, como efeito da transmissão de vibração entre as moléculas. As moléculas mais energéticas ( maior temperatura ) transmitem energia para as menos energéticas ( menor temperatura ) .
Há materiais que conduzem o calor rapidamente, como por exemplo, os metais. Tais materiais são chamados de bons condutores. Podemos perceber isso fazendo um experimento como o ilustrado na figura 1. Segurando uma barra de metal que tem uma extremidade sobre uma chama, rapidamente o calor é transmitido para nossa mão. Por outro lado há materiais nos quais o calor se propaga muito lentamente. Tais materiais são chamados isolantes. Como exemplo podemos citar a borracha, a lã, o isopor e o amianto.


Consideremos uma barra condutora de comprimento L e cuja seção transversal tem área A, cujas extremidades são mantidas a temperaturas , com . Nesse caso o calor fluirá através da barra indo da extremidade que tem a maior temperatura ()para a extremidade que tem menor temperatura ().
A quantidade de calor ( Q ) que atravessa uma seção reta da barra, num intervalo da tempo (Q ) é chamada fluxo de calor. Representando o fluxo por  temos:
Experimentalmente, verifica-se que o fluxo de calor é dado pela Lei de Fourier:
Onde k é uma constante cujo valor depende do material e é chamado coeficiente de condutibilidade térmica.
A unidade do fluxo no SI, é J/s, isto é, watt ( W ). Assim, no SI, a unidade de k é
W / m.K
Na tabela abaixo fornecemos os valores de k para alguns materiais.
Material
k( W / m . K )
Aço
45,4

Alumínio
210

Cobre
390

Ferro
74,4

Mercúrio
29,1

Ouro
313

Prata
419

Vidro
0,74

Madeira
0,04 - 0,12

Gelo
2,21

Isopor
0,01

Exemplo
Uma barra de cobre, de comprimento L = 4,0 m tem seção reta de área A = 3,0 . 10-4 m2. Essa barra tem suas extremidades mantidas a temperaturas . Sabendo que o coeficiente de condutibilidade térmica do cobre é k = 390 W/mK, calcule:
A ) o fluxo de calor através da barra;
B ) a temperatura num ponto situado a 1,6m da extremidade mais quente;
Resolução
 A ) 
B ) A temperatura decresce uniformemente ao longo da barra
Convecção
A convecção ocorre no interior de fluidos (líquidos e gases) como consequência da diferença de densidades entre diferentes partes do fluido. Por exemplo, consideremos o caso ilustrado na figura 3 em que um recipiente contendo água é colocado sobre uma chama. Pelo aquecimento, a parte inferior da água se dilata e fica com densidade menor que a parte superior. Com isso, ocorre uma corrente ascendente e outra descendente. Essas correntes são chamadas de correntes de convecção.
Como outro exemplo podemos citar os refrigeradores. Neles, o congelador é colocado na parte superior. Desse modo o ar mais frio desce, espalhando-se pelo interior do refrigerador.
Irradiação
Todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas cuja intensidade aumenta com a temperatura. Essas ondas propagam-se no vácuo e é dessa maneira que a luz e o calor são transmitidos do Sol até a Terra. Entre as ondas eletromagnéticas, a principal responsável pela transmissão do calor são as ondas de infra-vermelho.
Quando chegamos perto de uma fogueira, uma lâmpada incandescente ou um aquecedor elétrico, sentimos o calor emitido por essas fontes. Uma parcela desse calor pode vir por condução através do ar. Porém essa parcela é pequena, pois o ar é mau condutor de calor. Na realidade a maior parte do calor que recebemos dessa fontes vem por irradiação de ondas eletromagnéticas.
De modo semelhante ao que acontece com a luz, as ondas de calor podem ser refletidas por superfícies metálicas. É por esse motivo que a parte interior de uma garrafa térmica tem paredes espelhadas, para impedir a passagem de calor por irradiação.
Estufa
Muitas plantas são criadas em estufas que são recintos com paredes de vidro. O vidro deixa passar com facilidade as ondas vindas do sol. Essas ondas são absorvidas pelo solo e pelos corpos no interior da estufa. O solo e os corpos interiores emitem por sua vez ondas de calor que, na sua maior parte, não conseguem atravessar o vidro. Desse modo, o interior da estufa fica mais quente que o exterior.
O vapor de água e o gás carbônico da atmosfera têm um efeito semelhante ao do vidro. As ondas do Sol são absorvidas pela Terra a qual se aquece e passa a emitir ondas de calor que têm dificuldade em passar pelo vapor d’ água e pelo gás carbônico; isso mantém aquecida a região próxima à superfície da Terra. Ultimamente, os veículos e as indústrias têm contribuido para aumentar a concentração de gás carbônico na atmosfera o que tem provocado um aumento na temperatura média próxima à superfície da Terra. No futuro esse aumento de temperatura pode ter consequências desastrosas.
exercícios
Uma barra de cobre de comprimento L = 7,6 m tem seção reta de área A = 8,0 . 10-4m2. Essa barra tem suas extremidades mantidas a temperaturas . Sabendo que a condutividade térmica do cobre é k = 380 W/m.K, calcule:
a) o fluxo de calor através da barra.
b) a quantidade de calor que passa pela barra em 1,0 minuto.
Resolução
a)  
b) 
Lembrando que
Outro exercício
Em um termômetro de mercúrio, a coluna de mercúrio tem comprimento 10 cm à temperatura 0° C e comprimento 40 cm à temperatura 100° C. Qual a temperatura quando a coluna tiver comprimento de 28 cm?
Resolução
Simbolizando a temperatura por q , na figura a seguir resumiremos os dados do problema.
Para resolver problemas desse tipo fazemos uma proporção entre os segmentos de comprimentos x e y assinalados, na figura abaixo.
Outro exercício
Dentro de um calorímetro temos inicialmente 200 gramas de água à temperatura de 15 °C. Joga-se dentro do calorímetro uma bola de ferro cuja massa é 160 gramas e cuja temperatura é 695 °C. Desprezando o calor absorvido pelo calorímetro e pelo termômetro, calcule a temperatura de equilíbrio, sabendo que o calor específico do ferro é 0,11 cal/g.°C.
Resolução
Aqui temos:
massa da água = mA = 200 g
calor específico da água = cA = 1,0 cal / g.°C
temperatura inicial da água =qA =15 °C
massa de ferro = mF = 160 g
calor específico do ferro = cF = 0,11 cal / g . °C
temperatura inicial do ferro = 
qF = 695 °C

Haverá passagem de calor do corpo mais quente para o mais frio até que seja atingida uma temperatura de equilíbrio 
q que estará entre 15 °C e 695 °C.

esquenta

esfria

ÁGUA A 15°c
¾¾¾¾¾®
ÁGUA E FERRO Á TEMPERATURAq
¾¾¾¾¾®
FERRO A 695°C

ganha calor QA

perde calor QB

A partir daqui há dois modos de desenvolver os cálculos.
1° modo
A variação de temperatura sofrida pela água é:
DqA = q - 15
Assim, o calor ganho pela água é:
QA = mA . cA (DqA)
QA = (200) (1,0) (q - 15)
QA = 200 (q - 15)
A variação de temperatura sofrida pelo ferro é:
DqF = q - 695
Como q < 695, essa variação é negativa. Portanto, para obtermos o módulo de DqFfazemos:
½DqF½ = 695 - q
Assim, o calor perdido pelo ferro é:
QF = mF . cF ½DqF½
QF = 160 (0,11) (695 - q)
O calor ganho pela água é igual ao calor perdido pelo ferro.
QA = QF
200 (q - 15) = 160 (0,11) (695 - q)
Dividindo os dois membros por 40 obtemos:
5 (q - 15) = 4 (0,11) (695 - q)
5 (q - 15) = 0,44 (695 -q)
5q - 75 = 305,8 - 0,44 q
5,44 q = 380,8
q = 70 °C
2° modo
Podemos manter a variação da temperatura do ferro como negativa, seguindo a regra geral:
Dq = qfinal - q inicial
Desse modo o calor do ferro será negativo e teremos
QA + QF = 0
isto é, a somatória dos calores trocados é nula.
QA = mA . cA . (q -15)
QF = mF . cF . (
q -695)
mA . cA . (q - 15) + mF . cF . (q - 695) = 0
(200) (1,0) (q - 15) + (160) (0,11) (q - 695) = 0
Resolvendo esta equação obtemos
q = 70 °C


FLUXO DE CALOR NA HORA DE DORMIR

No inverno, em locais em que o frio é mais intenso (o que não é o caso de Belém) abandonamos nossos lençóis de estimação e os trocamos - ainda que temporariamente - por um cobertor mais grosso, mais espesso. A idéia é que o calor que liberamos - ainda que involuntariamente - fique presa embaixo das cobertas. Quanto mais espesso o cobertor, menor o fluxo de calor através dele. No verão, voltamos a nosso lençol superfino - quase transparente mesmo! - para facilitar esse fluxo, liberando para o ambiente esse calor que sai de nosso corpo homeotérmico. (O FLUXO DE CALOR ATRAVÉS DE UM MATERIAL É INVERSAMENTE PROPORCIONAL À SUA ESPESSURA.)
          Na impossibilidade de um cobertor, encolhemo-nos todos como um urso em hibernação. A intenção, ainda que inconsciente, é diminuir a área de contato da pele com o ar a fim de tentar reter o calor próximo ao corpo, pelo menos. No verão, teremos uma postura totalmente largada, braços abertos tanto quanto possível, a fim de deixar toda a área possível de pele em contato com o ar, para que o calor flua de nosso corpo para o ar. (O FLUXO DE CALOR É DIRETAMENTE PROPORCIONAL À SUPERFÍCIE - ÁREA -, ATRAVÉS DA QUAL DAR-SE-Á A CONDUÇÃO.)
          Eu faço isso, você faz isso. Afinal, Você Sabe Física, Mas Nem Sabe Que Sabe!

segunda-feira, 6 de junho de 2011

Como funcionam os óculos 3D e por que já há necessidade de se estabelecer um padrão?

Com funcionam os óculos 3D?

Os efeitos em três dimensões não são nenhuma novidade. A tecnologia já havia sido utilizada nos cinemas na década de 50 e, embora tenha evoluído significativamente, o princípio de formação das imagens 3D permanece sendo o mesmo.
Qualquer imagem, independente do que represente, é percebida pelo olho humano em três dimensões compostas a partir da altura e da largura. O papel dos óculos 3D é alterar o ângulo de cada uma destas dimensões. O efeito induz o cérebro a criar uma ilusão de profundidade, potencializando a distância entre ambos, o que resulta no já conhecido efeito 3D.
Óculos 3D: você ainda vai ter o seu!
Esse fenômeno é conhecido como estereoscopia e pode ser experimentado, com muitas limitações, mesmo a olho nu. Porém, a experiência vale apenas como curiosidade já que muito provavelmente ninguém aguentaria ficar quase duas horas forçando as vistas dessa maneira.
Por potencializar o olhar do ser humano, para que os óculos funcionem de maneira satisfatória é preciso que imitem da melhor forma possível nosso jeito de enxergar. Assim, se você colocar um par de óculos na vertical, embora receba as mesmas imagens muito provavelmente não conseguirá ver nada em três dimensões.
Existe um padrão?
Basicamente os óculos 3D podem ser polarizados de duas formas: circular e linear. No primeiro caso, enquanto um olho recebe a imagem e a interpreta no sentido horário o outro faz o mesmo processo no sentido anti-horário. Já na polarização linear um olho recebe a imagem no sentido vertical e o outro no sentido horizontal.
Parece complicado, mas não é. Ao receber uma imagem ela precisa estar polarizada da mesma forma. Do contrário, a sensação que você terá é a de estar vendo imagens embaralhadas, como se estivesse sem óculos.
E é justamente entre essas duas formas de polarização que surge a necessidade de uma padronização. No Brasil, a maioria das salas de cinema com projeção 3D disponibilizam óculos de polarização circular. Nos EUA, da mesma forma, há salas com os dois tipos de polarização.
No caso do mercado de home vídeo, os óculos de polarização circular podem não ser a melhor escolha. Isso porque a forma de projeção das imagens dos aparelhos de TV LCD utiliza uma varredura progressiva, no sentido vertical e, portanto, linear.
O futuro dos óculos 3D
Os óculos 3D utilizados nas salas de cinema do Brasil são recicláveis. Ou seja, ao serem usados eles vão para uma máquina onde são esterilizados e voltam para os próximos espectadores em outra sessão. Isso é feito para evitar a transmissão de possíveis doenças, como a conjuntivite.
Alguns especialistas defendem que cada usuário deve ter o seu próprio par de óculos. Nos Estados Unidos, por exemplo, já é comum encontrar espectadores que levam o seu próprio par ao cinema, garantindo maior segurança à saúde. Muitas salas de lá descartam os óculos depois do uso.
Porém, em termos estéticos, aqueles óculos grandes com armações de plástico nem de longe se constituem uma opção a ser considerada por um usuário que queira carregá-lo dentro de uma caixa pequena ou mesmo pendurado na camisa.

Modelos mais atraentes com lentes 3D. Foto: Gunnar.
Pensando nisso, algumas empresas já desenvolvem modelos mais próximos às armações utilizadas em óculos de grau ou óculos de sol. O visual é claro, não deixa em nada a desejar e dá até vontade de sair para passear com eles no rosto.
Mesmo os produtos com armações de plástico têm ganhado versões ecológicas, constituídas de materiais biodegradáveis de ácido poliático. Caso sejam inutilizados, a incineração deles - procedimento padrão - não libera CO2 na atmosfera.
Há a necessidade de se criar um padrão?
Como toda tecnologia em desenvolvimento, há a necessidade de muita pesquisa e de testes de aceitação junto ao público. A adoção de um padrão seria mais um ponto positivo na tentativa de popularizar o formato 3D e, cedo ou tarde, deve acabar acontecendo. Afinal, como cada fabricante possui um óculos diferente, adquiri-lo separadamente se tornará uma tarefa árdua.
Por outro lado, em termos de segurança e saúde, há que se pensar sob dois aspectos: as doenças transmissíveis, oriundas de uma possível reutilização inadequada de óculos mal-esterilizados; e também quanto ao conforto do espectador, uma vez que ao menos para as telas de cinema, a polarização na linear mostrou-se muito mais confortável.
O 3D cada vez mais perto de voce!
Da mesma maneira, a forma de emissão de imagens das telas LCD e LCD com tecnologia LED, é linear. Mudá-las seria algo muito mais complicado do que convencer os usuários a se adaptarem à realidade de que nem sempre os mesmos óculos ideais para assistir a TV poderão ser utilizados nos cinemas.