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sábado, 21 de julho de 2012
quinta-feira, 12 de julho de 2012
Homenagem a Carl Sagan
O vídeo apresentado a seguir é uma homenagem ao físico, astrônomo, professor, cientista e extraordinário ser humano que foi Carl Sagan.
Quando a sonda espacial Voyager (Sagan e sua mulher Ann Druyan trabalharam neste projeto) passou por Saturno, Sagan pensou: "por que não virar a câmera da nave em direção à Terra e tirar uma foto?!"
Pois bem, este vídeo é a narração desta história feita pelo próprio Carl Sagan com uma fantástica e emocionante edição, certamente vale a pena conferir.
A mensagem que fica é que estamos sozinhos e isolados pelo frio e pela escuridão total do universo ao nosso redor, a Terra é nosso único lar. Deste modo, devemos ter especial atenção, não apenas à natureza e nossos recursos, mas também a todas as relações com todas as pessoas que amamos.
"A Terra é uma anomalia. Em todo o sistema solar, ao que se saiba, é o único planeta habitado. Nós, humanos, somos uma entre milhões de espécies que vivem num mundo em florescência, transbordando de vida. No entanto, a maioria das espécies que existiram não existe mais. Depois de prosperarem por 180 milhões de anos, os dinossauros foram extintos. Todos sem exceção. Não sobrou nenhum. Nenhuma espécie tem garantido o seu lugar neste planeta. E estamos aqui há apenas 1 milhão de anos, nós, a primeira espécie que projetou os meios para a sua autodestruição. Somos raros e preciosos porque estamos vivos, porque podemos pensar dentro de nossas possibilidades. Temos o privilégio de influenciar e talvez controlar o nosso futuro. Acredito que temos a obrigação de lutar pela vida na Terra - não apenas por nós mesmos, mas por todos aqueles, humanos e de outras espécies, que viveram antes de nós e a quem devemos favores, e por todos aqueles que, se formos inteligentes, virão depois de nós. Não há nenhuma causa mais urgente, nenhuma tarefa mais apropriada do que proteger o futuro de nossa espécie. Quase todos os nossos problemas são provocados pelos humanos e podem ser resolvidos pelos humanos. Nenhuma convenção social, nenhum sistema político, nenhuma hipótese econômica, nenhum dogma religioso é mais importante."
(Carl Sagan, 1934 - 1996 , Bilhões e bilhões)
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Fonte:
SAGAN, Carl. Bilhões e bilhões. São Paulo: Companhia de bolso, 2009.
segunda-feira, 9 de julho de 2012
Atividade 2° ano - Termologia
Determinação do Zero Absoluto
I. Objetivos
Determinação do zero absoluto através da extrapolação dos gráficos Pressão X Temperatura e Volume X Temperatura. Obteremos os dados por meio de um programa que simula as transformações em um gás ideal fazendo variar alguns parâmetros e mantendo outros constantes: volume, temperatura, pressão e número de moléculas.
II. Procedimento
Primeiramente baixe e instale o programa 'Ideal gas in 3D' em seu computador. O programa é gratuito e pode ser encontrado no site indicado abaixo ou clicando na figura:
a) Transformação Isocórica
Mantendo o volume constante faça variar a temperatura e veja o que ocorre com a pressão.
Com o cursor faça variar a temperatura e veja o que ocorre com a pressão. Anote quatro grupos de dados e marque na seguinte tabela:
Observações:
1. O volume é constante, assim as quatro linhas deverão ser preenchidas com o mesmo valor.
2. O simulador fornece a temperatura em Kelvin, utilize a expressão para conversão em grau Célsius:
TK = TC + 273,15
3. O simulador fornece a pressão em Pascal, utilize os seguintes dados para conversão:
1,013 x 105 Pa = 1 atm
b) Transformação Isobárica
Mantendo a pressão constante faça variar a temperatura e veja o que ocorre com o volume.
Com o cursor faça variar a temperatura e veja o que ocorre com o volume. Anote quatro grupos de dados e marque na seguinte tabela:
Observações:
1. A pressão é constante, assim as quatro linhas deverão ser preenchidas com o mesmo valor.
2. O simulador fornece a temperatura em Kelvin e em grau Celsius.
3. O simulador fornece o volume em metro cúbico e em litro.
III. Gráficos
a) Gráfico Pressão X Temperatura
Utilizaremos o Excel para a confecção dos gráficos.
O primeiro passo é copiar a mesma tabela aqui apresentada e preencher com os dados recolhidos.
Observe o exemplo:
Para o gráfico usaremos a pressão em atmosfera e a temperatura em grau Celsius.
Escolha no menu 'Inserir' o gráfico do tipo 'Dispersão' (a primeira opção de gráfico):
Ao clicar em 'Dispersão' surgirá uma caixa em branco onde ficará o gráfico e veremos outro menu onde escolheremos a opção 'Selecionar dados':
Clicando em 'Selecionar dados' abrirá uma outra caixa onde escolheremos os valores que formarão o gráfico:
Clique em 'Adicionar' para adicionar os dados, assim abrirá outra caixa para a seleção de dados dos dois eixos do gráfico. Clique em 'Valores de X da série' (clique na caixa onde tem uma flecha na cor vermelha) para escolher os dados do eixo da temperatura:
Agora escolheremos os valores que irão no eixo x clicando no campo indicado na figura acima. Com o cursor marcaremos somente os quatro dados para a temperatura (atenção: escolha a temperatura em grau Celsius). Após a seleção dos valores clique novamente na caixa 'Editar série' no campo onde tem a seta vermelha:
Agora escolheremos os valores que irão no eixo y, o eixo da Pressão. Faremos o mesmo procedimento que escolhemos os valores para a temperatura.
Clique em 'Valores de Y da série' no campo onde há uma seta na cor vermelha:
Selecionaremos os quatro dados da Pressão em atmosfera do mesmo modo que fizemos anteriormente para a temperatura (mais uma vez não selecione a palavra, apenas números). Em seguida clique na caixa 'Editar série' no campo em que há uma seta na cor vermelha:
Agora clique em 'Ok' para concluir a seleção de dados. Na caixa inicial 'Selecionar fonte de dados' clique em 'Ok' para concluir o gráfico (parcialmente, pois falta sua edição):
Formatando o gráfico
Em primeiro lugar eliminaremos a caixa 'Série' clicando na mesma com o cursor e em seguida apertando 'delete' no teclado:
Agora clique com o mouse dentro da área de plotagem. No menu acima abrirá uma caixa de 'ferramentas de gráfico' com as opções: 'design, layout e formatar', clique em 'design':
Ao clicar no menu maior 'ferramentas de gráfico' abrirá um submenu logo abaixo escrito 'layout de gráfico', escolha a primeira opção.
Você verá que na área de plotagem aparecem os campos 'Título do gráfico' e 'Título do eixo' para ambos os eixos.
Para inserir o título do gráfico e o nome dos eixos apenas clique nesses campos e os preencha devidamente. Para o título, escreva 'Transformação Isocórica', para o eixo x escreva 'Temperatura ºC' e para o eixo y escreva 'Pressão (atm)':
Agora clique com o botão direito do mouse em um dos quatro pontos do gráfico. Abrirá um campo de opções, escolha 'adicionar linha de tendência':
Agora seu gráfico possui um traçado (linha de tendência linear) e abrirá uma nova caixa de opções:
Nesta nova caixa de opções, marque em 'Previsão' a opção 'Recuar', deste modo, por extrapolação, vamos recuar a linha de tendência até a mesma cruzar o eixo x (onde a pressão teria valor nulo):
Dependendo dos seus dados você escolherá um número para colocar em 'Recuar' (note que inicialmente está com o número 0), note que escolhi o número '85,0' para recuar. A linha de tendência cruzou o eixo x e o ultrapassou (não há problemas em ultrapassar o eixo x). Ao escolher o valor para recuar, aperte a tecla 'enter' para que o gráfico aceite o valor, caso a linha não cruze o eixo x repita o procedimento até que isto ocorra:
Vamos agora alterar os números do eixo das temperaturas para que fique claro em qual valor a linha de tendência corta este eixo. Na área de plotagem, clique com o botão esquerdo do mouse no eixo das temperaturas e em seguida clique com o botão direito do mouse, abrirá um campo de opções, escolha 'Formatar eixo':
Abrirá uma nova caixa de opções. Em 'Opções de eixo' estará marcado 'Automático' para 'unidade principal', e é isso que iremos alterar:
Em 'Opções de eixo' marque a opção 'Fixo' em 'Unidade principal', aqui você irá alterar o valor, note que está em '50,0' inicialmente:
Neste caso escolhi o valor de '21,0', mas você poderá escolher outro valor mais conveniente, ao escolher um número clique em 'enter' para fazer valer o efeito no gráfico. Note ainda que, a linha de tendência cruza o eixo das temperaturas no valor próximo ao esperado: -273,15 ºC.
b) Gráfico Volume X Temperatura
Repita o mesmo procedimento descrito acima, porém agora para o gráfico do Volume X Temperatura utilizando os dados da segunda tabela. Aqui você deverá utilizar a coluna do Volume na unidade 'Litro' e a Temperatura na unidade 'grau Celsius'.
O título do gráfico será 'Transformação Isobárica' e, repetindo o mesmo procedimento descrito acima, você deverá obter um valor muito próximo de -273,15 ºC para a linha de tendência cruzar o eixo das temperaturas, onde o volume teria supostamente valor nulo.
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Fonte:
sábado, 7 de julho de 2012
O Zero Absoluto
Gás Ideal
Em Física costuma-se utilizar um modelo teórico como forma de tornar os problemas mais simples para sua resolução e, em um momento posterior, se necessário, adequá-lo as condições reais. Você já deve ter visto no enunciado de um exercício a expressão "considere uma vaca um ponto material" (sempre que as dimensões do corpo em movimento puderem ser desprezadas, dizemos que o corpo se comporta como um ponto material, ou seja, é uma idealização).
Um gás ideal (ou gás perfeito) é um modelo teórico cujo comportamento é muito próximo de um gás real. Quanto menor for a pressão e maior for a temperatura, melhor será essa aproximação.
Para um gás ideal admitimos que:
- as moléculas movem-se desordenadamente, havendo a cada instante um grande número e moléculas movendo-se em todas as direções;
- as moléculas não exercem ação mútua (isto é, não exercem forças umas sobre as outras), a não ser durante as eventuais colisões;
- as moléculas chocam-se elasticamente (não perdem energia nos choques) umas com as outras e com as paredes do recipiente.
Entre os séculos XVII e o XIX verificou-se experimentalmente que vários gases tinham um comportamento térmico semelhante. Dentre os cientistas que estabeleceram as regras para o comportamento dos gases perfeitos podemos citar: Robert Boyle, Jacques Charles, Louis Joseph Gay-Lussac e Paul Emile Clapeyron (respectivamente na figura abaixo).
A Escala Kelvin
Pressão X Temperatura
Dentre as experiências realizadas uma delas consistiu em observar a variação da pressão de um gás em função da temperatura, mantendo constante o seu volume.
Quando aumentamos a temperatura o gás expande, desta forma a pressão do recipiente aumenta pois os choques das partículas com as paredes do recipiente (pressão é uma força aplicada sobre uma área) são mais intensas. Quando diminuímos a temperatura o gás contrai e a pressão diminui.
Se fizermos um gráfico da pressão (P) em função da temperatura (T) obteremos o seguinte resultado:
Usando-se quantidades diferentes de gases diferentes, obtêm-se retas de inclinações diferentes, como mostrado na figura (V3 > V2 > V1).
Observe que se prolongarmos o gráfico (extrapolação) até o ponto em que esta cruzaria com o eixo da temperatura, ou seja, o ponto em que a pressão supostamente se anularia, obteríamos o valor de - 273,15 °C.
O que os cientistas da época teriam imaginado para o significado dessa pressão nula?
Volume X Temperatura
Agora imaginemos um experimento em que faremos variar a temperatura de uma certa quantidade de gás fazendo variar sua temperatura, desta forma manteremos a pressão constante.
Quando aumentamos a temperatura o gás se expande, assim seu volume aumenta. Quando diminuímos a temperatura o gás contrai, diminuindo seu volume.
Se fizermos um gráfico do volume (V) em função da temperatura (T) obteremos o seguinte resultado:
Usando-se o mesmo gás, porém a diferentes pressões, obtêm-se retas de inclinações diferentes, como mostrado na figura (P3 > P2 > P1).
Do mesmo modo que fizemos no gráfico Pressão X Temperatura se prolongarmos a reta recuando até a mesma encontrar o eixo da temperatura, obteríamos o mesmo valor de - 273,15 ºC, este ponto indicaria um volume nulo. Mas se o gás contido no recipiente possui massa, como pode ter volume nulo?
Conclusões
Quanto à primeira questão levantada " O que os cientistas da época teriam imaginado para o significado dessa pressão nula?", a explicação foi a seguinte: com a diminuição da temperatura, as moléculas do gás possuem cada vez menos energia cinética, assim há a redução das colisões das moléculas com as paredes do recipiente e consequentemente diminuindo a pressão. Quando o gás chegasse à temperatura de - 273,15 ºC, as moléculas do gás estariam em completo repouso, não exercendo pressão alguma.
Perceba que isso é um problema teórico pois jamais as moléculas de qualquer gás em um recipiente estarão completamente paradas, sempre haverá um mínimo de movimento (mesmo o movimento dos elétrons ao redor do núcleo atômico).
Quanto à segunda questão "Mas se o gás contido no recipiente possui massa, como pode ter volume nulo?", da mesma maneira é um problema teórico. Como o gás possui massa e, assim. ocupa lugar no espaço, jamais terá volume nulo. Não é o volume que se anula nessa temperatura, mas sim a energia cinética de suas moléculas.
Deste modo, William Thomson (1824 - 1907), o lorde Kelvin, utilizou estas ideias e propôs, em 1848, uma nova escala termométrica, que foi chamada de escala Kelvin ou escala absoluta, estabelecendo a menor temperatura possível para um sistema, que denominou zero absoluto.
A escala Kelvin é a escala oficial do Sistema Internacional de Unidades, e o kelvin é uma das sete unidades base do SI. Na 13ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em 1967, adotou o nome kelvin (cujo símbolo é K) em lugar de "grau kelvin".
Observação: nos exercícios costuma-se aproximar: 273,15 ≈ 273.
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Fontes:
CALÇADA, Caio Sérgio & SAMPAIO, José Luiz. Física, volume 2. São Paulo: editora atual, 2005.
VILLAS BÔAS, Newton; DOCA, Ricardo Helou; BISCUOLA, Gualter José. Física, volume 2. São Paulo: editora saraiva, 2010.
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