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Química e Física dos Materiais IQuímica e Física dos Materiais I
Tópicos de Física– Grandezas e unidades físicas
– Ondas eletromagnéticas
– Estrutura da matéria
Jorge Miguel Sampaio
Endereço eletrónico: [email protected]
Gabinete: C8.5.19
Precedências (matemática)Precedências (matemática)Operações com números
Operações com números reais:Inteiros, Racionais e irracionais (positivos e negativos)Operações com frações;Raiz de um número (quadrada, cúbica, ...)Operações com potências (quadrado, cubo, …)
GeometriaCálculo de áreas e perímetros de figuras geométricas;Cálculo de volume de sólidos geométricos.
TrigonometriaTeorema de Pitágoras;Círculo trigonométrico;Funções trigonométricas (sen(x), cos(x), tan(x), cot(x));
Equações1º grau e regras de proporcionalidade;
2º grau (fórmula resolvente);
Precedências (física)Precedências (física)Movimento e forças
Posição;Velocidade;Aceleração;Quantidade de movimento = momento linear;Noção de força;Trabalho de uma força;Leis de Newton;Energia cinética;
Eletricidade e magnetismoIntensidade da corrente elétrica;Potencial elétrico;Resistência elétrica;Energia e potência elétrica;
Estrutura atómica Modelo da nuvem atómica
Configuração eletrónica Número atómico
Número de massa e isótopos Tabela periódica
Grandezas e Unidades FísicasGrandezas e Unidades Físicas
Newton (1795-1805), William Blake
Jorge Miguel [email protected]
Teorias e experiênciasTeorias e experiências
O objetivo da física é desenvolver teorias baseadas em experiências que
permitam descrever propriedades mensuráveis dos sistemas físicos;
Uma teoria física é um modelo matemático sobre o funcionamento do
sistema físico;
Uma boa teoria física deve fazer previsões sobre o comportamento do
sistema físico em determinadas condições;
As experiências/observações avaliam se as previsões estão corretas;
Todas as teorias físicas são work in progress.
1. O que é uma grandeza física?1. O que é uma grandeza física?
É uma propriedade de um objeto ou substância que pode ser quantificada
e medida;
Uma grandeza física expressa-se pelo produto de um valor numérico e
uma unidade de medida;
Associada a uma grandeza física deve existir um instrumento ou conjunto
de instrumentos de medida que a possam medir;
As unidades de uma grandeza física expressam-se num determinado
sistema de dimensões.
ExemploExemplo
Hill house chair (1903), R. Mackintosh
Grandeza física Valor numerico Unidade
Altura 1.4 m
Largura 42 cm
Profundidade 350 mm
Dimensões: comprimento
Grandeza Grandeza físicas e instrumentos de medida físicas e instrumentos de medida (exemplos)(exemplos)
Grandeza física Instrumento de medida
Comprimento Régua, fita-métrica, odómetro, ...
Massa Balança
Tempo Cronómetro
Temperatura Termómetro
Corrente eléctrica Amperímetro
Intensidade luminosa Fotómetro
Pressão (atmosférica) Barómetro
Húmidade (do ar) HigrómetroEtc... Etc..
Dimensões físicasDimensões físicas fundamentaisfundamentais
Definem-se 7 dimensões físicas fundamentais:
• Comprimento (L);
• Massa (M);
• Tempo (T);
• Temperatura (Θ);
• Corrente elétrica (I);
• Quantidade de matéria (N);
• Intensidade luminosa (J).
Todas as outras dimensões físicas podem ser construídas a partir destas.
Dimensões físicas derivadas (exemplos)Dimensões físicas derivadas (exemplos)
• Área = LxL=L2;
• Volume = LxLxL=L3;
• Velocidade = L/T;
• Aceleração = v/T=L/T2;
• Densidade (mássica) = M/Volume = M/L3;
• Luminância (brilho) = J/Área = J/L2;
• Carga elétrica = I x T;
• Energia = MxL2/T2;
• Potência = Energia/T = ML2/T3;
• Potencia ou tensão elétrica = Energia/Carga elétrica = ML2/(IT3);
• Etc...
Exercícios de revisão IExercícios de revisão IRelacione as dimensões das seguintes grandezas físicas com as
dimensões fundamentais, tendo em conta as equações físicas:
• Lei fundamental da dinâmica: F = ma (= massa x aceleração);
• Momento linear: p = mv (= massa x velocidade);
• Trabalho de uma força: W = Fd (= força x distância);
• Energia cinética de um corpo: E = mv2/2;
• Pressão sobre um corpo: P=F/S (força a dividir pela área);
• Resistência eléctrica: R =V/I (= tensão a dividir pela corrente);
• Entropia: S = Q/T (= energia transferida a dividir pela temperatura);
• Campo elétrico: E = V/d = F/q (= tensão a dividir pela distância = força
a dividir pela carga).
Análise dimensionalAnálise dimensionalÉ um método que permite verificar se uma relação entre duas grandezas
físicas é correta do ponto de vista dimensional. Consideremos a relação
Y = aX + b
onde Y = “alhos” e X = “bugalhos”
Não se pode misturar “alhos” e “bugalhos”, logo:
b = “alhos”
a = “alhos”/”bugalhos”
E se a relação fôr
Y = a x2 - b ?
2. Sistemas de unidades físicas2. Sistemas de unidades físicasQuando se comunica o resultado de uma medida de um grandeza física é
necessário especificar a unidade em que ela foi medida.
Quantos giraçois existem nesta versão de V.
van Gogh?
Respostas:
15;
1.25 (1 e ¼);
1.5 (1 e ½).
2. Sistemas de unidades físicas2. Sistemas de unidades físicasQuando se comunica o resultado de uma medida de um grandeza física é
necessário especificar a unidade em que ela foi medida.
Quantos giraçois existem nesta versão de V.
van Gogh?
Respostas:
15 giraçóis;
1.25 dúzias de giraçóis;
1.5 dezenas de giraçóis
Sistema Internacional (S.I.)Sistema Internacional (S.I.)
É forma moderna do sistema métrico e foi estabelecido em 1960 (é também
conhecido por sistema MKS). As suas unidades fundamentais são:
• Comprimento: L = m (metro);
• Massa: M = kg (quilograma);
• Tempo: T = s (segundo);
• Temperatura: Θ = K (kelvin);
• Corrente eléctrica: I = A (ampère);
• Quantidade de matéria: N = mol (mole);
• Intensidade luminosa: J = Cd (candela).
O quilogramaO quilograma
A história do sistema métrico está intimamente ligada à história da
Revolução Francesa e da expansão do iluminismo na Europa. Na versão
atual do S.I. todas as unidades fundamentais são definidas a partir de
propriedades físicas conhecidas: velocidade da luz no vácuo, transições
atómicas, temperatura de fusão da água, etc... O quilograma é única
unidade cuja definição refere-se a um artefacto (objeto construído pelo
homem) desde 1875.
Quilograma padrão, BIPM(liga de platina (90%) e irídio (10%))
O kelvinO kelvin
O kelvin é a unidade do S.I. para a grandeza temperatura. A temperatura 0 K
corresponde ao zero absoluto, isto é, à situação em que não existe qualquer tipo de
energia térmica no meio material.
Temperatura kelvin Graus centígrados
GrausFarenheiht
Símbolo K ºC ºF
Zero absoluto 0 -273.15 -459.67
Ponto de congelamento da
água273.15 0 32
Ponto de ebulição da água
373.15 100 212
Unidades físicas derivadas no S.I.Unidades físicas derivadas no S.I.• Área = 1 m x 1 m = m2 (metro quadrado);
• Volume = 1 m x 1m x 1m = m3 (metro cúbico);
• Velocidade = 1m / 1 s = m/s (metro por segundo);
• Aceleração = (1 m/s)/1 s= m/s2 (metro por segundo quadrado);
• Densidade (mássica) = 1 kg/1 m3 = kg/m3 (quilograma por metro cúbico);
• Luminância (brilho) = 1 Cd/1 m2 = Cd/m2 (candela por metro quadrado);
• Carga elétrica = 1 A x 1 s = C (coulomb);
• Energia = 1 kg m2/s2 = J (joule)
• Potência = 1 kg m2/s3 = 1 J/s = W (watt)
• Potencia ou tensão elétrica = Energia/Carga elétrica = 1 J/C = V (volt);
• Etc...
Exercícios de revisão IIExercícios de revisão IIEscreva no S.I. as unidades das seguintes grandezas físicas;
• Força (F=ma);
• Momento linear (p=mv);
• Trabalho de uma força (W=Fd);
• Energia cinética de um corpo (E=mv2/2);
• Pressão sobre um corpo (P=F/S);
• Resistência elétrica (R=V/I);
• Entropia (S=Q/T);
• Campo elétrico (E=V/d=F/q).
Unidades derivadas do S.I. com nome Unidades derivadas do S.I. com nome especialespecial
Grandeza física Nome da unidade
Símbolo Relação c/ unidades S.I.
Força newton N kg m/s2
Energias, trabalho, calor joule J kg m2/s2 = CV = W s
Potência watt W kg m2/s3 = VA = J/s
Carga eléctrica coulomb C As
Potencial eléctrico volt V kg m2/(As3) = J/C = W/A
Pressão pascal Pa kg /(ms2) = N/m
Resistência eléctrica ohm Ω kg m2/(A2s3) = V/A
Frequência hertz Hz 1/s = s-1
Sistema cgsSistema cgs
É um sistema cujo uso tem vindo a diminuir e baseia-se nas seguintes unidades
básicas (mecânica):
Comprimento: L = cm (centímetro);
Massa: M=g (grama);
Tempo: T = s (segundo).
Exemplos de unidades derivadas são:
Força: 1 dyne = 1 g cm/s2
Energia: 1 erg = 1 g cm2/s2
3. Conversão entre unidades3. Conversão entre unidades
Grandeza física Conversão SI para cgs
Força 1 N = 100000 dyne = 105 dyne
Energia 1 J = 10000000 erg = 107 erg
Número Potência de 10
Prefixo Símbolo
0.00000000001 10-12 “pico” p
0.00000001 10-9 “nano” n
0.000001 10-6 “micro” μ
0.001 10-3 “mili” m
1 100 - -
1000 103 “quilo” k
1000000 106 “mega” M
1000000000 109 “giga” G
1000000000000 1012 “tera” T
Exercícios de revisão IIIExercícios de revisão IIIEscreva usando potências de 10 os valores seguintes em unidades SI:
• l=1.23 pm (picómetros)
• m=34765 g (gramas);
• 1 hp (cavalos)=0.746 kW (kilowatts);
• 1 atm (atmosfera) = 101325 Pa (pascal);
• 1 bar (bar)= 0.1 MPa (megapascal);
• R = 0.1 mΩ (miliohms);
• I=1.2 μA (microampères);
• c (velocidade da luz no vácuo) = 299.792458 km/s
• f=89.5 MHz (megahertz)
Potências de 10Potências de 10
Powers of ten, Charles and Ray Eames (1977)