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PLANO DE ENSINO – 2014/1

Dados de Identificação:

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia – IFRS – Campus Porto Alegre

Curso: Licenciatura em Ciências da Natureza: Habilitação em Biologia e Química

Código: UAC 41

Componente Curricular: FONTES ENERGÉTICAS

Professor: Odoaldo Ivo Rochefort Neto (Doutor em Química) Sérgio Mittmann dos Santos (Mestre em Computação Aplicada)

Carga Horária: 120 horas/aula Ano: 2014/1

Ementa Conservação da energia. Energia dos fenômenos associados com as oscilações, o eletromagnetismo, a ótica e a física moderna. Compostos orgânicos: interações e aplicações no contexto de combustíveis. Eletroquímica.

Objetivo geral Compreender a natureza dos compostos e sua relação com os processos de trocas energéticas.

Objetivos específicos

- Aplicar e entender o primeiro princípio nas reações químicas: Termoquímica;

- Interpretar e resolver problemas de Termoquímica;

- Aplicar e entender o primeiro princípio aplicado no conceito de máquinas térmicas;

- Compreender o funcionamento de máquinas térmicas (motor de combustão interna);

- Compreender e aplicar a Termoquímica em sistemas do cotidiano, tais como, combustíveis e alimentos;

- Analisar, compreender e resolver problemas numéricos e teóricos a respeito de sistemas espontâneos e não espontâneos, reversíveis e irreversíveis, entropia e energia livre de acordo com o segundo princípio da termodinâmica;

- Compreender os potenciais de oxirredução padrões;

- Saber como se constrói uma célula eletroquímica, compreendendo a sua força eletromotriz;

- Compreender como se obtém energia de pilhas comerciais e não comerciais;

- Compreender aspectos cotidianos da corrosão;

- Calcular a força eletromotriz de pilhas dentro e fora das condições padrões;

- Saber como se constrói uma célula eletrolítica;

- Compreender o funcionamento de uma célula eletrolítica que se utiliza de eletrodos inertes e ativos;

- Saber calcular quantidades de materiais produzidos a partir da eletrólise de sais fundidos e em solução aquosa;

- Compreender a galvanoplastia como aplicação da eletrólise;

- Relacionar os fenômenos de (a) conservação da energia, (b) oscilações, (c) eletromagnetismo, (d) ótica e (e) física moderna estudados com as respectivas grandezas físicas;

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- Interpretar e resolver problemas que contemplem (a) a conservação da energia, (b) as oscilações, (c) o eletromagnetismo, (d) a ótica e (e) a física moderna e sintetizá-los de forma oral e escrita;

- Ser capaz de pesquisar tópicos relacionados com as aplicações (a) das oscilações, (b) do eletromagnetismo, (c) da ótica e (d) da física moderna na geração de energia e sintetizá-los de forma oral e escrita;

- Compreender a importância do estudo (a) da conservação da energia, (b) das oscilações, (c) do eletromagnetismo, (d) da ótica e (e) da física moderna no mundo vivencial e nos equipamentos e procedimentos tecnológicos atuais.

Conteúdos Programáticos

Termoquímica: A primeira lei da Termodinâmica aplicada a reações químicas. Entalpia. Lei de Hess.

Segunda Lei da Termodinâmica: Máquinas Térmicas. A segunda lei da Termodinâmica. Entropia.

Terceira Lei da Termodinâmica: A Energia livre de Gibbs.

Eletroquímica: Pilhas e células eletrolíticas.

Pilhas: Potenciais padrão de eletrodos; Tipos de pilhas (Zn-Cu, Cu-Ag,...); Tabelas de potenciais de eletrodos; Potenciais de oxi-redução fora das condições padrões (equação de Nernst); Pilhas de concentração; Relação Eᶱ-; Pilhas comerciais; Corrosão.

Células Eletrolíticas: Eletrólises ígneas de sais; Eletrólises em soluções aquosas com eletrodos inertes; Eletrólises em soluções aquosas com eletrodos ativos; Leis de Faraday da eletrólise.

Conservação da energia: lei da conservação de energia; trabalho realizado sobre um sistema; massa e energia; quantização da energia.

Oscilações: movimento harmônico simples; oscilador linear; pêndulos; movimento circular uniforme; energia do movimento harmônico simples.

Eletromagnetismo: campos elétrico e magnético; dispositivos eletromagnéticos: resistor, capacitor e indutor; circuitos eletromagnéticos; energia dos circuitos eletromagnéticos. Ótica: onda eletromagnética; fluxo de energia da onda eletromagnética.

Física moderna: energia de repouso e energia total; energia nuclear; fóton; energia do fóton; efeito fotoelétrico.

Procedimentos Didáticos

Os conceitos inerentes a cada assunto serão abordados de forma expositiva e dialógica, através de aulas teóricas, de resolução de exercícios e experimentais (ou demonstrativas). Orientados pelos professores, os alunos resolverão exercícios extraclasse e apresentarão seminários.

Avaliação

Frequência mínima de 75%, conforme Regimento da Instituição. A avaliação será baseada no desempenho das competências específicas para todas as atividades realizadas (trabalhos, testes e provas) e assiduidade. Serão realizados testes e provas com questões dissertativas. Na correção, serão considerados os desenvolvimentos apresentados na resolução de cada questão, assim como a utilização da notação correta e a apresentação das unidades envolvidas. A recuperação será realizada quando não forem atingidas as competências para aprovação em cada prova e ocorrerá no final do semestre, em uma mesma data, a ser definida no cronograma. A quantidade de trabalhos dependerá do desenvolvimento das aulas.

A obtenção do conceito final seguirá os critérios a seguir:

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O aluno para obter conceito A: Atingiu plenamente os objetivos propostos. O aluno construiu todos as competências e habilidades esperadas. Além de demonstrar conhecer os conceitos estudados, o aluno interpreta satisfatoriamente problemas teóricos e aplica-os em situações para resolução de problemas.

O aluno para obter conceito B: Atingiu parcialmente os objetivos propostos. O aluno construiu algumas das competências e habilidades esperadas. Demonstra conhecer os conceitos estudados, interpreta satisfatoriamente e resolve problemas relacionando-os ao contexto sem, no entanto, conseguir aplicá-los às situações relacionadas com os conteúdos da componente curricular.

O aluno para obter conceito C: Atingiu simplesmente alguns dos objetivos propostos. O aluno construiu minimamente as competências e habilidades esperadas. Demonstra conhecer os conceitos estudados e interpreta e resolve alguns problemas relacionando-os ao contexto sem, no entanto, conseguir aplicá-los às situações específicas da componente curricular.

O aluno para obter conceito D: Não construiu as competências e habilidades mínimas exigidas.

O aluno para obter conceito E: Reprovado por falta de frequência.

Bibliografia Básica:

1) ATKINS, P.W. Físico-Química. Vol. 1. 6ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996.

2) HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. V. 3 - Eletromagnetismo. 8ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

3) HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. V. 4 – Ótica e Física Moderna. 8ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

Bibliografia Complementar:

1) HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. V. 2 – Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 8ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

2) ATKINS, P. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente; 3a ed.; Porto Alegre: Bookman, 2006.

3) TREICHEL, P.; KOTZ, J.; Química Geral e Reações Químicas. V. 1 e V.2; 5a ed.; São Paulo: Thomson, 2000.

FONTES ENERGÉTICAS - CRONOGRAMA 2014/1 Semana Data Assunto

1

Seg 24 fev Apresentação do componente curricular; método de avaliação; referências bibliográficas. Conservação da energia: lei da conservação de energia; trabalho realizado sobre um sistema.

Qua 26 fev

O sistema internacional de unidades: Unidades e dimensões; grandezas fundamentais e derivadas; massa e peso; calor e temperatura. Conversão de unidades. Introdução à Termodinâmica. Objetivo da termodinâmica. Conceitos fundamentais: sistema, universo, fronteira. Tipos de sistemas. Mudanças de estado. Ciclos.

2 Sáb 08 mar Problemas sobre conservação da energia.

3 Seg 10 mar Conservação da energia: massa e energia.

Qua 12 mar Propriedades dos sistemas: propriedades termodinâmicas (função de estado) e função da trajetória. Propriedades matemáticas das funções

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termodinâmicas. Equações Fundamentais dos Gases. Conservação da energia: Energia interna; lei da conservação de energia; calor e trabalho; convenção de sinais. Primeiro Princípio da Termodinâmica: expressão infinitesimal e integrada do primeiro princípio. Trabalho reversível e irreversível.

4

Seg 17 mar Conservação da energia: quantização da energia.

Qua 19 mar

Transformação a pressão constante. Transformação a volume constante. Capacidade calorífica a volume constante. Capacidade calorífica a pressão constante. Calor específico. Relação entre Cp e Cv. Relações Termodinâmicas para um Gás Ideal. Relações de Poison.

5 Seg 24 mar Oscilações: movimento harmônico simples; oscilador linear.

Qua 26 mar Entalpia.Termoquímica: Calor de reação a pressão constante. Condição Padrão.

6 Seg 31 mar Oscilações: pêndulos.

Qua 02 abr Termoquímica. Medida do fluxo de calor. Dependência do calor de reação com a temperatura. Lei de Hess.

7 Seg 07 abr Oscilações: energia do movimento harmônico simples.

Qua 09 abr Calor de formação, calor de combustão e outros tipos de calores. Entalpias de ligação / energias de ligação.

8

Seg 14 abr Problemas sobre conservação da energia e oscilações.

Qua 16 abr

Segunda Lei da Termodinâmica: Entropia. Energia livre: combinação dos dois princípios: Entalpia f(T,V) e Entropia f(T,P). Relações importantes entre as variações de entropia e as variações de energia interna e a entalpia.

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Seg 21 abr FERIADO - Tiradentes

Qua 23 abr

Variação de entropia para um gás ideal. 3° Princípio da termodinâmica. Variações de entropia nas reações químicas. Equações termodinâmicas fundamentais. Variação isotérmica de F e G. As propriedades de G. Energia livre e a constante de equilíbrio. Máquina térmica. Máquina frigorífica O ciclo de Carnot. Ciclo de Carnot para gás ideal.

Sáb 26 abr Exercícios: assuntos abordados (4 períodos quarta-feira – Professor Odoaldo)

10 Seg 28 abr Avaliação sobre conservação da energia e oscilações.

Qua 30 abr Introdução à eletroquímica: energia química e energia elétrica, eletrodos de referência.

11 Seg 05 mai Eletromagnetismo: campos elétrico e magnético. Qua 07 mai Prova 01 (parte b)

12 Seg 12 mai

Eletromagnetismo: força magnética em um fio percorrido por corrente; torque em uma espira percorrida por corrente; indução eletromagnética, lei de Faraday-Lenz.

Qua 14 mai Potenciais padrões de eletrodo e tendências de oxidação e redução. Sáb 17 mai Problemas sobre eletromagnetismo.

13 Seg 19 mai Eletromagnetismo: dispositivos eletromagnéticos.

Qua 21 mai Potenciais padrões de eletrodo e pilhas eletroquímicas (pilha de Daniell e outras). Potenciais de oxirredução fora das condições padrões.

14 Seg 26 mai Ótica: onda eletromagnética.

Qua 28 mai Pilhas de concentração, relação entre força eletromotriz da célula e variação de energia livre padrão.

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Seg 02 jun Ótica: fluxo de energia da onda eletromagnética. Qua 04 jun Pilhas comerciais e corrosão.

Sáb 07 jun Exercícios: assuntos abordados (4 períodos quarta-feira – Professor Odoaldo)

16 Seg 09 jun Física moderna: energia de repouso e energia total; fóton; energia do fóton; efeito fotoelétrico.

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Qua 11 jun

Células eletrolíticas. Eletrólise do NaCl fundido e do NaCl aquoso. Eletrólise do Na2SO4 aquoso. Tabela de potenciais de oxi-redução da água para a formação de H2 e O2. Fila de tendência de oxidação dos ânions.

17 Seg 16 jun Problemas sobre eletromagnetismo, ótica e física moderna. Qua 18 jun JOGO DA COPA DO MUNDO EM PORTO ALEGRE

18 Seg 23 jun Avaliação sobre eletromagnetismo, ótica e física moderna. Qua 25 jun JOGO DA COPA DO MUNDO EM PORTO ALEGRE

19 Seg 30 jun JOGO DA COPA DO MUNDO EM PORTO ALEGRE

Qua 02 jul Leis de Faraday da eletrólise. Eletrólise em solução aquosa com eletrodos ativos. Galvanoplastia.

20 Seg 07 jul Projeto integrador: Seminários sobre energia e meio ambiente. Qua 09 jul Prova 02

21 Seg 14 jul

Prova de recuperação sobre conservação da energia e energia dos fenômenos associados com as oscilações, o eletromagnetismo, a ótica e a física moderna.

Qua 16 jul Recuperação provas 01 e 02

ATENDIMENTO AO ALUNO PROFESSOR Odoaldo Sérgio Dia da semana Segunda-feira: 13h30min às 16h Segunda-feira: 16 às 18 h; 19 às 20 h

Local Sala XX Sala 425