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IADE, Licenciatura em Design,1º ano, 2009/10, 2º semestreCiência Aplicada ao DesignAula 4: Calor e MatériaProf. Paulo Tribolet Abreu
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CIÊNCIA APLICADA AO DESIGNAula 4 — Calor e Composição da Matéria
Paulo Tribolet AbreuIADE, Licenciatura em Design 2009/10, 2º semestre
CALOR E TEMPERATURA
CALOR E TEMPERATURA
Matéria é feita de partículas (átomos, moléculas) que estão sempre em movimento desordenado (vibração em torno de uma posição média).
Portanto têm uma energia cinética média diferente de zero (mesmo que a matéria esteja parada).
Temperatura mede essa energia cinética média.
Calor é a transmissão dessa energia (cinética); energia “em movimento”.
Calor é energia, portanto mede-se em J ou cal.
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TEMPERATURA
Quando aumentamos a velocidade média das partículas, aumentamos a temperatura.
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v
% d
e par
tícu
las
T aumenta
Área = # partículas = const.
ESCALAS DE TEMPERATURA
Celcius ou centígrados (C): 0 C = gelo, 100 C = vapor.
Qual a temperatura quando não há nenhum movimento?
Zero absoluto: -273 C. Não há temperatura menor.
Escala kelvin (K):K = C + 273C = K - 273
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K C
0 -273
273 0
373 100
CAPACIDADE CALORÍFICA
Quantidade de calor “armazenado”.
ΔQ = C·m·ΔT
Porque é que um chão de pedraparece mais frio que um de madeira?
Porque é que os plásticos secam mal na máquina de lavar louça?
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Material C (kJ/kg.K)
água 4,18
ar 1,0
ferro 0,45
mica 0,88
madeira 0,42
vidro (silica) 0,84
TRANSMISSÃODE CALOR
Convecção: material quente desloca-se de um lado para o outro.
Condutividade: a Ec média transmite-se através dos choques (sem transmissão de matéria).
Radiação electromagnética: energia dos fotões: E = h·f (para mais tarde).
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COMPOSIÇÃO DA MATÉRIA
DE QUE SÃO FEITAS AS COISAS?
Aristóteles:
divisão infinita;
4 elementos (fogo, ar, água, terra).
Atomistas + Dalton (sec. XIX):
átomos (= indivisível).
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DE QUE SÃO FEITAS AS COISAS?
Moléculas: a menor divisão que ainda contém as propriedades da substância. Moléculas de oxigénio, de água, de plástico, de celulose, etc.
Átomos: existem 92 naturais (118 no total). Correspondem aos diferentes elementos. Unem-se para fazer moléculas.
Partículas fundamentais: electrões (e-), protões (p+), neutrões (n0). Constituintes dos átomos.
Quarks: seis fundamentais (u, d, c, s, t, b). Fazem os protões = uud e os neutrões = udd.
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EXTRA: O MODELO STANDARD
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Força electromagnética: fotões.
Força nuclear forte: gluões. Une os quarks.
Força nuclear fraca: bosões. Une p+ e n0 no núcleo.
Força gravitacional: gravitões. Por descobrir.
DE QUE SÃO FEITOS OS ÁTOMOS?
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Protões no núcleo (n. atómico): definem o elemento.
Electrões à volta: definem a reactividade química; podem variar (iões positivos e negativos).
Neutrões no núcleo: isótopos.
A TABELA PERIÓDICA
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LIGAÇÃO QUÍMICA
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Os e- arrumam-se por camadas (orbitais) à volta do núcleo de modo a minimizar a energia.
O mínimo de energia corresponde a 8 e- na última camada (excepto se for a mais próxima do núcleo que só pode ter 2 e-).
Para atingir este objectivo, os átomos trocam e compartilham e- entre si: ligação química.
LIGAÇÃO QUÍMICA: IÓNICA
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Ligação iónica:
entre elementos das colunas IA e IIA com VIA e VIIA;
ganho e perda de e-;
os iões atraem-se pela força electroestática.
Exemplo: NaCl.
LIGAÇÃO QUÍMICA: COVALENTE
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Ligação covalente:
entre elementos de média electronegatividade;
compartilhamento de e-;
a nuvem electrónica envolve os núcleos.
Exemplo: CO2.
LIGAÇÃO QUÍMICA: METÁLICA
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Ligação metálica:
os e- da última camada têm uma fraca ligação ao núcleo;
nuvem de e- livres;
que é responsável pelas propriedades típicas dos metais: brilho, condutividade eléctrica e térmica, dureza, ductibilidade.
Exemplo: qualquer metal.
SÓLIDOS CRISTALINOSGeralmente feitos por ligações iónicas.
Unidades que se repetem numa estrutura geométrica regular: reticulado cristalino.
Propriedades: dureza, rigidez, brilho.
Exemplo: silica, diamante.
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SÓLIDOS AMORFOS
Geralmente feitos por ligações covalentes.
Alguma ordem local sem coesão por maiores extensões.
Propriedades: mole, migalhas em vez de lascas.
Exemplo: vidro, plástico, carvão.
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SÓLIDOS METÁLICOS
Feitos por ligações metálicas.
Mesmas propriedades dessa ligação: brilho, condutividade eléctrica e térmica, dureza, ductibilidade.
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