Óptica - Princípios

Princípio da Independência dos Raios de Luz:
Quando raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se os outros não existissem.

Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz:
A trajetória seguida pelo raio de luz independe do sentido do percurso.

Óptica - Conceitos Básicos

Para entender a óptica devemos saber alguns conceitos de raios de luz:

Raios Conevergentes - Raios de luz que se encontram em um mesmo ponto.

Raios Divergentes - Raios de luz que saem do mesmo ponto.

Raios Paralelos - Raios que têm tragetórias paralelas e nunca se encontram.

Reflexão regular - Raios são refletidos uniformemente da mesma maneira que incidiram.

Reflexão difusa - Raios incidem e são refletidos em ângulos diferentes dos incidentes.

Refração regular - Após passar por um meio, os raios de luz contnuam seguindo uma tragetória igual em relação ao outro raio: se fossem paralelos continuariam paralelos.

Refração difusa - Após passar por um meio os raios não têm suas trajetórias alteradas uniformemente.

Corpos luminosos - corpos que emitem luz.

Corpos iluminados - corpos sobre os quais incidem raios de luz, sendo estes refletidos.

Simples ou Monocromático - Só pussui uma cor.

Composto ou Policromático - Possui várias cores.

Meio transparente - por ele só ocorre refração regular ou não ocorre refração alguma.

Meio tranlúcido - por ele ocorre a refração difusa da luz.

Meio opaco - a luz não é capaz de atravessar meios opacos.

Óptica Geométrica

No 2°semestre do 1°ano a matéria da vez foi a óptica geométrica. Nesse bimestre aprendemos sobre sombra, penumbra, espelhos (planos e esféricos), raios de luz, etc..

Calorimetria - Aplicação

Para definir os propriedade relacionadas a calorimetria em um material é necessário utlizar algumas fórmulas:

C = Qs/ΔT
c = C/m
Qs = m x c x ΔT = C x ΔT → Equação fundamental da Calorimetria
C = m x c
Q = energia fornecida em 1min x tempo em que o material esteve exposto a energia
Ql = m x L

Além dessas fórmulas há também relações que definem as relações que levam ao equilíbrio térmico.
Como em toda a relação que leva ao equilíbrio térmico, alguns corpos cedem energia e outros recebem. Os que cedem têm Q negativo e os que recebem têm Q positivo, sendo que a soma de todos os Q resultam em 0.

Q1 + Q2 + Q3 + Q4...... = 0
Q(recebido) = -Q(cedido) → Esse Q pode ser tanto Latente como Sensível dependendo da situação.

Calorimetria - Conceitos Básicos

Para entender melhor a matéria de calorimetria, vamos estabelecer alguns conceitos básicos:

Qs - Quantidade de calor recebida por um corpo (sensível)

Ql - Quantidade de calor recebida por um corpo (latente)

Capacidade Térmica (C) - Propriedade específica de um corpo e não de uma substância. Representa a quantidade de calor necessária para alterar em 1ºC a temperatura de um corpo.

m - Massa de um corpo

ΔT - Variação de temperatura

Calor específico (c) - Propriedade específica de cada substância. Representa a quantidade de calor necessária para alterar em 1°C a temperatura de 1g de um material.

Latente (pode ser para fusão ou ebulição) - propriedade específica de cada substância que define quanto calor deve ser cedido para um corpo

Calorimetria - Pontos de Fusão e Ebulição - Calor Sensível e Calor Latente

Já no 2° Bimestre, a matéria na qual nossos estudos foram focados foi a matéria de calorimetria.

Ao início vimos a diferença entre calor latente e calor sensível:

Calor Sensível - Calor sensível é o calor recebido que é utilizado para elevar a temperatura de um corpo.

Calor Latente - Calor latente é o calor recebido por um corpo que é utilizado para realizar a mudança de estado (Sólido/Líquido ou Líquido/Gasoso) do material. Quando um corpo está recebendo calor latente sua temperatura se estabiliza até a mudança se completar gerando o chamado patamar.

Dilatação Volumétrica dos Líquidos

O modo de se calcular a dilatação de líquidos é um pouco diferente. Os líquidos, diferentemente dos sólidos, como não têm forma definida, devem ser aquecidos em recipientes. Com isso, os recipientes também dilatam e podem fazer com que a dilatação pareça menor do que ela realmente é.
Os líquidos, em geral, se dilatam mais que os sólidos. Levando em conta todos esses fatos, para medir o quanto um líquido realmente dilatou, utiliza-se a seguinte fórmula: ΔV do líquido = ΔV do recipiente + ΔV aparente do líquido = V0(líq) x ΔT x γ(líq) + V0(rec) x ΔT x γ(rec).
γ - coeficiente de dilatação volumétrica
ΔV - Variação de volume
ΔT - Variação de temperatura
V0 - Volume inicial
(líq) - do líquido
(rec) - do recipiente
Observação: γ real do líquido = γ do recipiente + γ aparente do líquido

Modo Experimental:
Para observar de maneira experimental a dilatação dos líquidos, a melhor maneira é a utilização do esquema apresentado ao lado.
Primeiramente, encha um recipiente provido de um ladrão(saída lateral de líquidos) até que o líquido atinja o ponto mais próximo possível desse ladrão. Depois posicione um pequeno recipiente com demarcação de volume abaixo da saída do ladrão. Após isso, inicie o aquecimento.
Quando o líquido e o recipiente começarem a dilatar, tente medir o quanto foi a dilatação do recipiente por meio da medida das dimensões
do recipiente. Então, some a dilatação do recipiente com o volume de líquido e se obterá a dilatação real do líquido.

Caso haja dificuldade para determinar o volume e a variação do mesmo no recipiente, tente emergi-lo, quando cheio, em um pote de água antes e depois do aquecimento. De preferência utilize um pote com medições de volume. Anote qual a mudança no volume de água dentro do pote em cada submersão e compare as duas para obter o ΔV do recipiente.

Dilatação Volumétrica de Sólidos

A dilatação volumétrica de sólidos é muito básica. Para observá-la, basta medir as dimenções do material analisado antes e depois do aquecimento, subtraindo o volume inicial do volume final e obtendo o ΔV(variação de volume).

Para definir a variação volumétrica algébricamente, a fórmula aplicada é ΔV = V0 x x ΔT.

ΔV - Variação de volume

ΔT - Variação de temperatura

V0 - Volume inicial do sólido

γ - Coeficiente de dilatação volumétrica - γ = 3α e γ = 3β/2

Dilatação Superficial

A dilatação superficial é muito semelhante à linear, contudo nela se análisa o aumento na área de algum material de comprimento e largura significativos, porém espessura desprezível. Para calcular essa dilatação, utiliza-se medições de área como centímetro quadrado e metro quadrado.

A fórmula utilizada para o cálculo da dilatação superficial é: ΔA = A0 x ΔT x β.

β - coeficiente de dilatação superficial do material (específico para cada substância) - β = 2α

A0 - Área inicial

ΔA - Variação na área
ΔT - Variação de temperatura a qual está exposto o material

Dilatação Linear de Sólidos

A dilatação linear consiste na análise da alteração do comprimento de um sólido de espessura e largura desprezíveis. Com isso, para se definir esse tipo de dilatação, utiliza-se escalas de medida de comprimento, tais como metro, centímetro e kilômetro.

Para se calcular a dilatação linear de um sólido é aplicada a seguinte fórmula: ΔL = L0 x ΔT x α, sendo α o coeficiente de dilatação linear do sólido, ΔT a variação de temperatura, L0 o comprimento inicial do sólido e ΔL a variação no comprimento do mesmo.


Modo experimental:


Como às vezes é difícil calcular a dilatação de um sólido, o método ao lado é muito eficaz para analizar a dilatação experimentalmente.
Por meio desse método observaremos na régua a dilatação mesmo que muito pequena.
Quando aquecido, o sólido empurrará a pequena barra para baixo e, devido à posição do suporte, poderemos ver a extremidade da barra próxima a régua subir 50 vezes mais.
Portanto, uma dilatação de 1mm, que seria quase impossível de perceber, será vista facilmente na régua como uma alteração de 5cm. Após esse experimento, basta dividir a alteração de altura da extremidade próxima a régua por 50, e se obterá a dilatação real.

Dilatação de Materiais

A dilatação das substâncias ocorre devido à separação entre os elementos que compõem a substância. Quando a temperatura de um material é elevada, seus átomos passam a ficar mais agitados e sofrem uma separação, que leva essa substância a aumentar de volume.

Termometria - Escalas

Seguindo no nosso estudo sobre calorimetria, a matéria que veio em seguida foi sobre escalas de medição de temperatura.

Escalas arbitrárias - as escalas árbitrárias são aquelas que tem como referência pontos definidos por alguém e são adotados por alguns grupos de pessoas. Os exemplos mais comuns de escalas arbitrárias são a escala Fahrenheit e a escala Celsius, que tem como pontos principais 0°C e 100°C (temperaturas de fusão e ebulição da água).

Escala absoluta - a escala absoluta usada atualmente é a escala Kelvin. Ela tem como referência o estado de agitação dos átomos de uma substância. O grau 0K nessa escala representa a temperatura em que não há agitação nenhuma dos átomos. Por isso essa é uma escala absoluta.

Conversão entre escalas:

Δ - variação de grandeza
Tc - temperatura em graus Celsius
Tf - temperatura em graus Fahrenheit
Tk - temperatura em Kelvin

Tf = 1,8Tc + 32 ou (Tf - 32)/9 = Tc/5
ΔTf = 1,8.ΔTc

Tk = Tc + 273
ΔTk = ΔTc

Tf = 1,8Tk - 459,4
ΔTf = 1,8.ΔTk

Termometria - Conceitos Básicos

Ao início do ano letivo observamos alguns dos conceitos básicos essenciais para a compreenção da termometria:

Equilíbrio térmico - estado em que dois ou mais corpos se encontram em temperatura igual.

Energia térmica - a energia térmica é simplesmente a energia cinética dos átomos que compõem um corpo. Quanto maior a movimentação e vibração dos átomos de um corpo, maior é sua energia térmica.

Temperatura - a temperatura é a medição do grau de agitação das moléculas.

Calor - o calor é a energia transferida entre corpos. Essa transferência só pode ser chamada de calor se ocorrer unicamente devido à diferença de temperatura.

Termômetro - instrumento utilizado para medir a quantidade de energia térmica de um corpo.