SOLUÇÕES
Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias.
Classificação das Soluções
Quanto ao estado físico:
- sólidas
- líquidas
- gasosas
Quanto à condutividade elétrica:
- Eletrolíticas ou iônicas
- Não-eletrolíticas ou moleculares
Quanto à proporção soluto/solvente:
- Diluída
- Concentrada
- Não-saturada
- Saturada
- Supersaturada
Concentração das Soluções
Um sistema homogêneo (solução) em equilíbrio fica bem definido após o conhecimento das nsq substâncias químicas que o constituem (análise química qualitativa), da pressão e temperatura (variáveis físicas quantitativas) e da quantidade de cada um de seus componentes (análise química quantitativa). Estas quantidades em geral são expressas em relação à quantidade de solução; outras vezes utiliza-se como referência a quantidade de um de seus constituintes que poderá então ser chamado solvente e em geral é o disperso predominante. Tais frações quantitativas são chamadas concentração.
Concentração é um termo genérico. Por si só não é uma entidade físico-química bem definida, faltando para tanto caracterizá-la dimensionalmente através da escolha das grandezas representativas das quantidades das substâncias químicas em questão. Por vezes é adimensional, representando, por exemplo, a relação entre a massa de soluto e a massa da solução; outras vezes é expressa em massa por volume; ou através de inúmeras outras maneiras. A escolha dimensional obedece a critérios baseados puramente na conveniência particular ao estudo que se pretenda efetuar. E esta conveniência particular em geral apóia-se no estabelecimento de equações simplificadas para expressar os princípios e leis do estudo em questão; ou então na maleabilidade operacional destas equações. Convém-nos adotar grandezas intimamente relacionadas ao número de moléculas das substâncias em estudo.
Tipos de concentração:
% em massa:
_massa de soluto_ massa de solução | 100 |
% em volume:
_volume de soluto_ volume de solução | 100 |
(só é usada quando soluto e solvente são ambos líquidos ou ambos gasosos)
concentração em g/L:
massa de soluto em gramas volume de solução em litros |
concentração em mol/L:
_quantidade de soluto (mol)_ volume de solução em litros |
concentração em molalidade:
_quantidade de soluto (mol)_ massa do solvente em kg |
concentração em fração molar de soluto:
_quantidade de soluto (mol)_ quantidade de solução (mol) |
Soluções Gasosas
As soluções gasosas são aquelas em que o disperso em maior quantidade é um gás. Estudaremos neste tópico apenas as soluções gasosas em que todos os seus constituintes são gases; e chamaremos estas soluções de misturas de gases visto que quase sempre tais misturas constituem sistemas homogêneos ou unifásicos. Como exceção a esta regra temos misturas de gases situadas num campo de força gravitacional, particularmente quando a altura é grande o bastante para que não se possa desprezar este efeito; assim, a fração molar dos gases da atmosfera é função da altitude e, portanto, a atmosfera não constitui uma solução.
As propriedades de estado mais utilizadas para descrever as misturas de gases são em número de nC + 4 e estão representadas na tabela 3; nCé o número de componentes independentes e neste capítulo será sempre igual ao número de substâncias químicas nSQ.
As equações empíricas que correlacionam as propriedades de estado constituem as expressões matemáticas das leis gerais dos gases ou equações de estado do sistema considerado. Iniciaremos o estudo para situações em que o número de componentes é igual a um, generalizando-o a seguir para as misturas de gases propriamente ditas.
Soluções Liquidas
Soluções líquidas são aquelas em que o disperso presente em maior quantidade é um líquido. Os outros dispersos podem ser sólidos, gases, vapores ou mesmo outros líquidos. As quantidades relativas dos dispersos podem, em teoria, assumir proporções as mais diversas. Na prática isto nem sempre é possível, pois dependendo das substâncias consideradas, a miscibilidade em certas condições não é total. Conseqüentemente, uma ou mais substâncias em maior ou menor grau se separa da solução, constituindo outras fases.
Consideraremos inicialmente apenas soluções binárias, constituídas por duas substâncias totalmente miscíveis (miscíveis em todas as proporções) e das quais uma seja líquida. A partir desse estudo, e sempre que possível, estenderemos as considerações para soluções mais complexas.
Dispersões
Dispersões: é uma mistura onde uma substância se distribui (dispersa) em toda superfície de uma outra substância.
Disperso: (fase dispersa) ou Soluto;
Disperso ou Soluto + Dispersante, dispergente ou Solvente = Dispersão ou Solução.
OBS: toda solução também é dispersão, mas nem toda dispersão é solução.
Disperso: (fase dispersa) ou Soluto;
Disperso ou Soluto + Dispersante, dispergente ou Solvente = Dispersão ou Solução.
OBS: toda solução também é dispersão, mas nem toda dispersão é solução.
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
Sais
· Cloreto de sódio (NaCl)
· Alimentação - É obrigatória por lei a adição de certa quantidade de iodeto (NaI, KI) ao sal de cozinha, como prevenção da doença do bócio.
· Conservação da carne, do pescado e de peles.
· Obtenção de misturas refrigerantes; a mistura gelo + NaCl(s) pode atingir -22°C.
· Obtenção de Na, Cl2, H2, e compostos tanto de sódio como de cloro, como
NaOH, Na2CO3, NaHCO3, HCl, etc.
NaOH, Na2CO3, NaHCO3, HCl, etc.
· Em medicina sob forma de soro fisiológico (solução aquosa contendo 0,92% de NaCl), no combate à desidratação.
· Nitrato de sódio (NaNO3)
· Fertilizante na agricultura.
· Fabricação da pólvora (carvão, enxofre, salitre).
· Carbonato de sódio (Na2CO3)
· O produto comercial (impuro) é vendido no comércio com o nome de barrilha ou soda.
· Fabrição do vidro comum (maior aplicação):
Barrilha + calcáreo + areia ® vidro comum
Barrilha + calcáreo + areia ® vidro comum
· Fabricação de sabões.
· Bicarbonato de sódio (NaHCO3)
· Antiácido estomacal. Neutraliza o excesso de HCl do suco gástrico.
NaHCO3 + HCl ® NaCl + H2O + CO2
O CO2 liberado é o responsável pelo "arroto".
NaHCO3 + HCl ® NaCl + H2O + CO2
O CO2 liberado é o responsável pelo "arroto".
· Fabricação de digestivo, como Alka-Seltzer, Sonrisal, sal de frutas, etc.
O sal de frutas contém NaHCO3 (s) e ácidos orgânicos sólidos (tartárico, cítrico e outros). Na presença de água, o NaHCO3 reage com os ácidos liberando CO2 (g), o responsável pela efervecência:
NaHCO3 + H+ ® Na+ + H2O + CO2
O sal de frutas contém NaHCO3 (s) e ácidos orgânicos sólidos (tartárico, cítrico e outros). Na presença de água, o NaHCO3 reage com os ácidos liberando CO2 (g), o responsável pela efervecência:
NaHCO3 + H+ ® Na+ + H2O + CO2
· Fabricação de fermento químico. O crescimento da massa (bolos, bolachas, etc) é devido à liberação do CO2 do NaHCO3.
· Fabricação de extintores de incêndio (extintores de espuma). No extintor há NaHCO3 (s) e H2SO4 em compartimentos separados. Quando o extintor é acionado, o NaHCO3 mistura-se com o H2SO4, com o qual reage produzindo uma espuma, com liberação de CO2. Estes extintores não podem ser usados para apagar o fogo em instalações elétricas porque a espuma é eletrolítica (conduz corrente elétrica).
· Fluoreto de sódio (NaF)
· É usado na prevenção de cáries dentárias (anticárie), na fabricação de pastas de dentes e na fluoretação da água potável.
· Carbonato de cálcio (CaCO3)
· É encontrado na natureza constituindo o calcário e o mármore.
· Fabricação de CO2 e cal viva (CaO), a partir da qual se obtém cal hidradatada (Ca(OH)2):
CaCO3 ® CaO + CO2
CaO + H2O ® Ca(OH)2
CaCO3 ® CaO + CO2
CaO + H2O ® Ca(OH)2
· Fabricação do vidro comum.
· Fabricação do cimento Portland:
Calcáreo + argila + areia ® cimento Portland
Calcáreo + argila + areia ® cimento Portland
· Sob forma de mármore é usado em pias, pisos, escadarias, etc.
· Sulfato de cálcio (CaSO4)
· Fabricação de giz escolar.
O gesso é uma variedade de CaSO4 hidratado, muito usado em Ortopedia, na obtenção de estuque, etc.
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
RELATIVIDADE ESPECIAL
INTRODUÇÃO À RELATIVIDADE ESPECIAL |
A Física proposta por Isaac Newton no séc. XVII tinha comobase fatos fortes e convincentes. Tão convincentes, que foi amplamenteutilizada nos séculos seguintes sem ser questionada. Os princípiosda Mecânica Newtoniana determinaram praticamente todo o desenvolvimentotécno-científico dos dois séculos que à precederam.Esta Mecânica caracteriza-se por não questionar a validadede seus conceitos; como por exemplo a questão sobre o referencialno qual são feitas as medidas e a influência do métodode medida sobre as grandezas em questão.
Mesmo nos nossos dias, os conceitos estabelecidos pela MecânicaNewtoniana permanecem firmemente ligados ao nosso raciocínio cotidiano.Estes conceitos estavam tão fortemente enraizados que atravessaramvários séculos sem que alguém questionasse seus fundamentos.
O primeiro físico a questionar alguns conceitos Newtonianosfoi o físico alemão Ernst Mach. Em seu texto intitulado "TheScience of Mechanics" de 1883, Mach expressa críticas à dinâmicade Newton. Mach levantou a questão sobre a distinçãoentre movimento absoluto e relativo, discutiu o problema da inérciados corpos e acima de tudo apontou como ponto fraco da dinâmica Newtonianasua concepção de espaço e tempo absolutos. Esta concepçãoNewtoniana está bem ilustrada na seguinte passagem dos "Principia":
"Absolute, true and mathematical time, of itself and by its owntrue nature, flows uniformly on, without to anything external"
Mach observa que sendo o tempo medido necessariamente pelo movimentorepetitivo de um corpo ou sistema físico; como por exemplo um pênduloou o movimento da Terra; é lógico que suas propriedades devemde alguma forma estar conectadas com o movimento. Semelhantemente, o conceitode espaço deve estar intimamente ligado com as propriedades do sistemade medida; e não deve ser considerado como algo absoluto.
Tais críticas não causaram muito efeito de imediato, masocasionalmente foram de profunda importância para um jovem físicochamado Albert Einstein. Einstein foi fortemente atraído pelas idéiasde que os conceitos físicos devem ser definidos em termos de grandezasmensuráveis. Portanto a maneira de observação e realizaçãode medidas físicas deve influenciar os conceitos físicos.
Este pensamento, muito diferente do absolutismo Newtoniano, gerou uma revolução nos conceitos da Física, culminandocom o aparecimento da Relatividade.
A criacão da Relatividade
Durante sua permanência em Berna, Suiça, Einstein conheceu Michele Angelo Besso, engenheiro italiano, casado com Ana, cujo irmão, Paul Winteler, esposa mais tarde, Maja, irmã de Einstein.Além destas relações familiares, foi o trabalho conjunto de ambos, no Departamento de Patentes, que possibilitou a concretização de uma longa e profunda amizade, fácil de se comprovar pela correspondência que mantiveram no período de 1903 a 1955, e recentemente, publicada pela editora Hermann de Paris, em 1972.Michele Besso, com quem Einstein gostava de trocar idéias, possuia profundos conhecimentos enciclopédicos em filosofia, sociologia, matemática e física. Segundo Einstein, Besso constituia o melhor banco de ensaio para as idéias novas em toda a Europa. Aliás, quando Einstein lhe expôs as suas idéias sobre a teoria da relatividade, Besso logo compreendeu a sua importância científica procurando atrair a atenção de Einstein para inúmeros outros pontos novos. Algumas dessas sugestões foram utilizadas, no desenvolvimento desta teoria, como consta nos primeiros artigos que Eintein publicou sobre a relatividade. Numa das célebres reuniões de grupo de Berna, sugestivamente conhecido por Academia Olímpia, a irmã de Besso certa vez interrogou Einstein: "Porque Michele (Besso) não fez nenhuma descoberta importante em matemática ?
Sorrindo, Einstein respondeu: "Isto é um bom sinal . Michele é um humanista, um espírito universal, muito interessado em diversos assuntos para se tornar um monomaníaco. Só os monomaníacos conseguem aquilo que denominamos de resultados ".
Besso que se encontrava próximo, forçou uma explicação mais minuciosa, ao que juntou Eintein: "Persisto em acreditar que você poderia ter provocado o surgimento de idéias de grande valor, no domínio científico, se tivesse se tornado bastante monomaníaco. Uma borboleta não é uma toupeira mas nenhuma borboleta deve se lamentar ".
Outra vez comentando sobre o aspecto revolucionário das suas teorias teria afirmado Eintein: "O que se aprende antes dos dezoito anos, acredita-se proveniente da experiência. Tudo o que aprendemos, mais tarde, tem muito de teoria e expeculações ". Na realidade, em suas conversas com James Flanck, vamos encontrar as próprias explicações de como havia chegado a sua tão original concepção de tempo e espaço: "Pergunto, às vezes, como se fez que fui o único a desenvolver a teoria da relatividade ? " Segundo afirmava Eintein, a razão e que todo adulto normal não se preocupa com os problemas propostos pela conceituação de espaço e tempo. Tudo o que precisamos saber além sobre este assunto imaginamos já do nosso conhecimento desde a infância. "Para mim, dizia Einstein, ao contrário, como me desenvolvi muito lentamente, somente comecei a propor tais questões sobre o espaço e o tempo, quando já havia crescido. Em consequência, pude penetrar mais profundamente no interior do problema, o que uma criança de desenvolvimento normal não teria feito". Esta surpreendente declaração contém uma valiosa crítica como um todo. Uma criança que se desenvolve normalmente, no processo educativo, assimila e ou aceita, como natural, um determinado número de conceitos e interpretações relativos ao que denominamos de realidade. Tal evolução educativa os tornam conformistas e submissos - o que os priva da possibilidade de questionar sobre os pressupostos, em geral implícitos, e sobre os quais se baseiam os conhecimentos a serem transmitidos. Pode-se afirmar que o processo mental de inúmeras crianças e adolescentes repete, em determinado sentido, o desenvolvimento do pensamento humano em seu conjunto. Assim, as idéias sobre a realidade física uma vez aceitas são,imediatamente, substituídas por outros interesses mais específicos. Depois destas considerações, é mais fácil deduzir como foi importante a monomania de Eintein, aliada a sua capacidade de olhar sempre o mundo sobre pontos de vista diferentes e novos. Aliás, estes parecem os grandes segredos dos pensadores e artistas que, não possuindo jamais uma firme convicção dos problemas fundamentais do mundo, os consideram ainda insolíveis. Foi a dificuldade de aprendizagem (segundo afirmam na infância, deve ter tido muita dificuldade em aprender a falar) que permitiu que Eintein desenvolvesse a sua faculdade em adotar atitudes críticas, com relação aos problemas quase sempre aceitos como resolvidos.
Um Século sem o Éter
Faz cem anos que a existência do éter deixou de ser aceita como um meio elástico através do qual as ondas luminosas se propagavam por milhões de anos luz sem perder ou diluir sua energia inicial. Depois de vários séculos o éter, conceito que surgiu nos tempos antigos, tomou uma conotação propriamente científica quando o físico e astrônomo holandês Christian Huygens (1629-1695) formulou a teoria ondulatória da luz, na Academia de Ciências de Paris, em 1678. Segundo Huygens, os corpos luminosos produziam ondas que se propagavam até o observador, à semelhanca do que ocorria com uma lâmina metálica cujas vibrações produziam som, assim como uma pedra lançada sobre a superfície da água causava uma onda que se propagava nesta superfície. Ora, os cientistas já haviam constatado que se um sino tocasse no vácuo, a ausência de ar não permitia que se produzisse nenhum som. Como explicar que a luz se propagava no vácuo, sem um meio material capaz de transportar suas ondas, como havia sido proposto por Huygens? Diante deste dilema, Huygens recorreu à velha idéia do éter - meio no qual se propagariam as ondas luminosas.
Tão evidente parecia, no século XVII, a existência do éter, que o próprio Isaac Newton (1642-1727), após estudar os fenômenos óticos, sugeriu, para explicá-los, que a luz fosse constituída de corpúsculos muito pequenos emitidos pela fonte luminosa. Desse modo Newton explicou, no seu tratado Ótica (1704), a propagação retilínea, a reflexão nas superfícies, a refração em superfícies de separação de dois meios de densidades diferentes, a absorção e a pressão. Como a teoria corpuscular era insuficiente para explicar a interferência luminosa Newton aceitou também a existência das ondas etéreas de Huygens.
Assim, durante séculos, negar a existência do éter seria a maior asneira possível. No entanto, em fins do século XIX, o físico norte-americano Albert Abraham Michelson (1852-1931), primeiro prêmio Nobel de seu país, começou a questionar a existência real do éter - este fantasma da física, sem corpo, contorno ou forma.
Em 1881, com o objetivo de demonstrar a realidade do éter, Michelson, na época em Berlim, no laboratório do físico alemão Hermann Helmholtz (1821-1894), inventou um instrumento capaz de medir a velocidade da luz - o interferômetro de Michelson - e de comparar o intervalo de tempo gasto por dois feixes emitidos de uma mesma fonte em duas direções perpendiculares. Se uma dessas direções fosse a do movimento da Terra em sua órbita ao redor do Sol e a outra perpendicular, uma diferença de intervalos de tempos deveria ser detectada.Mas inacreditavelmente, o éter mostrou não ter qualquer efeito sobre a velocidade da luz, quer o feixe se deslocasse na mesma direção ou perpendicular ao movimento terrestre. Se o éter existisse, a Terra estava em repouso!
Aparato real do experimento de Michelson-Morley que deu significante impulso ao desenvolvimento da teoria da relatividade especial
Prelúdio à Relatividade de Einstein
A tentativa de Fritzgerald, no sentido de resolver a contradição surgida em consequência da experiência de Michelson-Morley, indubitavelmente orientou as pesquisas de Einstein na revisão das idéias sobre o tempo e as grandezas espaciais. De fato, na Mecância Clássica, se a luz percorre uma distância x, com a velocidade c num tempo t, no referencial R, teremos:c=x/t
Em relação a outro referencial R', a distância percorrida x'será: c'=x'/t, onde t permanece imutável-tempo absoluto-como prevê a Mecânica Newtoniana. É a distância x que se transforma em x'e a velocidade c que se altera em c'. Como esta variação da velocidade da luz não foi registrada na experiência de Michelson-Morley, verificou-se que a velocidadec da luz era constante(exigência de teoria do eletromagnetismo), ou seja , não variava. No entanto, pelo princípio da Relatividade de Galileu, a velocidade c deveria variar. Para eliminar esse impasse, foi necessário fazer c=c', ou seja, supor que t-tempo variava ao mesmo tempo que x-comprimento percorrido pela luz. Designando t'como novo valor de t, poderemos escrever: c=x/t=x'/t'
A análise Einsteiniana acabou com o espaço-tempo absoluto, que variava segundo o sistema de referência, e confirmou a invariância da velocidade da luz no vácuo.
Relatividade Restrita ou Teoria Especial da Relatividade
Em 1905, um jovem físico alemão, Einstein, propôs estender o princípio da Relatividade já conhecido na Mecânica Clássica à toda a Física. Ele postulou que as leis da Física tem a mesma formulação em todos os referenciais Galileanos, e afirmou que seria possível colocar em evidência o movimento de um referencial em relação a outro R'por intermédio de qualquer tipo de experiência, fosse ela mecânica, ótica ou eletromagnética, realizada no referencial R'. Este princípio da Relatividade de Einstein explicou o fracasso da experiência de Michelson-Morley, pois a rapidez da luz-uma constante fundamental das leis do eletromagnetismo-posuía o mesmo valor em relação a todo referencial Galileano.
Tal princípio da Relatividade aboliu toda significação que se poderia dar à noção de referencial absoluto.
A idéia da invariância da velocidade da luz, incompatível com a lei Newtoniana de adição e subtração das velocidades de referenciais que se deslocam, conduziu Einstein a estabelecer uma nova cinemática compatível com o princípio da Relatividade Einsteniana. Com efeito, após demostrar, através de uma sequência de exemplos e de forma indiscutível e inequívoca, que não há sentido em se cogitar de eventos que se sucedem simultaneamente em sistemas não relacionados entre si, Einstein cuidou de relacionar as grandezas vigentes num sistema com as aplicáveis a outros.
As relações empregadas por Einstein, foram as mesmas formuladas pelo físico holândes H.A.Lorentz(1853-1928).
A teoria da Relatividade Restrita estabelece que a energia cinética de uma partícula de massa m, animada de uma velocidade c, é expressa pela equação:
E=Km(c)2
Esta expressão mostra que uma partícula em repouso possui uma energia de massa expressa por Ei=mi(c)2 onde i é a condição inicial das variáveis
Esta célebre relação, conhecida como equação de Eisntein ou equação da experiência de massa-energia, admite que uma partícula em repouso possui energia em sua massa.
Bibliografia
1. MOURÃO,Ronaldo R. de Freitas.Explicando a Teoria da Relatividade, Editora Tecnoprint S.A.,1987.2. BAGNATO,Vanderlei S.(Assistência de Luiz G. Marcassa).Introdução à Relatividade Especial.
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
Refração da Luz
Esta experiência se propõe medir o índice de refração de um material transparente a partir do estudo das relações de refração da luz. Novamente é impraticável a obtenção de séries extensivas de medidas e são, portanto, encaminhados alguns critério adicionais que auxiliam na estimativa das incertezas.
Variação da velocidade de propagação da luz quando ocorre mudança de meio. Esta variação quase sempre vem acompanhada de desvio do raio luminoso.
· Índice de Refração Absoluto de um meio (N):
N = c / V N meio , c = Velocidade da luz no vácuo , V = Velocidade da luz no meio;
- Vácuo: c : N(vácuo) = 1
- Ar: V(ar) : N(ar) = (aproximadamente) 1;
- Água: V(água) : N(água) > 1;
- Vidro: V(vidro) : N(vidro) > 1 ;
Conclusão: N > ou igual 1 .
Obs.: N mede a dificuldade que a luz encontra em viajar.
N = c / V N meio , c = Velocidade da luz no vácuo , V = Velocidade da luz no meio;
- Vácuo: c : N(vácuo) = 1
- Ar: V(ar) : N(ar) = (aproximadamente) 1;
- Água: V(água) : N(água) > 1;
- Vidro: V(vidro) : N(vidro) > 1 ;
Conclusão: N > ou igual 1 .
Obs.: N mede a dificuldade que a luz encontra em viajar.
· Índice de Refração Refração Relativo:
NA,B = NA / NB = VB / VA
NA,B = NA / NB = VB / VA
· Leis da Refração:
o 1º - Raio Incidente (RI) , Reta Normal (N) e Raio Refratado (RR) são coplanares;
o 2º - Snell Descartes:
N1 . Sen i = N2. Sen r
N1 . Sen i = N2. Sen r
Refração Atmosférica
1. A luz, ao entrar na atmosfera terrestre, sofre pequenas variações ao passar dentre as diversas camadas de ar.
2. Pela refringência ser diretamente proporcional a densidade, a luz desvia do menos refringente para o mais refringente, aproximando-se da reta normal;
3. Quando chega perto do chão existe um ar super aquecido de menor densidade que provoca um desvio do meio mais refringente para o mais refringente, provocando, as vezes, a reflexão total. Isso caracteriza as miragens e as impressões de asfalto molhado que temos;
Reflexão e Refração
Quando um pulso de uma corda atinge uma extremidade (que pode ser fixa ou livre) nota-se que ele volta e, esse fenômeno é denominado reflexão de um pulso.
- Extremidade fixa:
Quando o pulso de um corda choca-se com uma extremidade fixa, o pulso volta tendo sofrido um inversão de fase, ou seja, reflexão com inversão de fase, onde o suporte da corda exerce uma força de reação em sentido contrário.
- Extremidade livre:
Quando o pulso de corda atinge um extremidade livre, ele volta não sofrendo um inversão de fase, isto é, sofre um reflexão sem inversão de fase. Isso acontece porque a extremidade livre não exerceu a força de reação esperada e, assim o eixo movimenta-se para cima e para baixo acompanhando o movimento do pulso.
Considere agora um sistema de duas cordas diferentes onde uma é mais pesada que a outra. Com o sistema montado produz-se um pulso na extremidade da corda de menor densidade linear em direção da corda de maior densidade. O que ocorre é que para a corda de menor densidade, a corda de maior densidade funcionará como uma extremidade fixa, no entanto esta sofrerá uma refração de pulso onde parte do pulso da corda de menor densidade passa para a corda de maior densidade. Assim o pulso refratado sai na mesma fase em que foi recebido, ou seja, se o pulso estiver para cima, o pulso refratado também estará para cima e vice-versa, com isso o pulso refletido sofrerá uma inversão de fase e o pulso refratado não sofrerá.
Se invertermos o sistema e aplicarmos uma força na corda de maior densidade, a corda de menor densidade funcionará como uma extremidade livre e, assim q o pulso atingi-la ela irá refratá-lo e, como já havia sido dito, o pulso refratado não sofre inversão de fase. O pulso refletido também não sofrerá uma inversão de fase, devido à corda de menor densidade funcionar como uma extremidade livre.
Definição de Refração da luz
Por que a luz se desvia ao passar de um meio transparente para outro?
Desde o século 19 já se sabia que a luz é uma forma de onda que se propaga com alta velocidade. Mas, essa velocidade depende do meio por onde a luz está se propagando. No ar, a velocidade da luz é quase 300.000 quilômetros por segundo. No interior de um vidro transparente ela se reduz a uns "meros" 200.000 km/s. É essa mudança de velocidade que faz o feixe de luz se desviar ao passar do ar para o vidro.
Desde o século 19 já se sabia que a luz é uma forma de onda que se propaga com alta velocidade. Mas, essa velocidade depende do meio por onde a luz está se propagando. No ar, a velocidade da luz é quase 300.000 quilômetros por segundo. No interior de um vidro transparente ela se reduz a uns "meros" 200.000 km/s. É essa mudança de velocidade que faz o feixe de luz se desviar ao passar do ar para o vidro.
O astrônomo John Herschell explicou esse desvio com uma analogia engenhosa. Ele comparou a onda de luz a uma formação de soldados que passa de um chão rijo (asfalto) para outro mais frouxo (areia). É claro que na areia a velocidade das fileiras de soldados fica reduzida. O resultado disso é duplo: a distância entre as fileiras fica menor e a direção da marcha é desviada. Analogamente, ao passar do ar para o vidro, por exemplo, onde sua velocidade se reduz, a onda de luz se desvia e a distância entre as cristas ( o chamado "comprimento de onda") fica menor.
A reflexão total e o ângulo crítico.
O feixe (AO) vem da água com um ângulo de 40ocom a normal. Ao passar para o ar, se desvia e passa a fazer um ângulo de 60ocom a normal (OB). Se o ângulo na água for aumentando, o ângulo no ar também aumenta. Quando o ângulo na água chega a 49,75o (CO), o ângulo do feixe no ar passa a ser 90o (OD), isto é, o raio de luz sai rasante à superfície da água. Esse ângulo de 49,75o é o ângulo crítico para a luz que sai da água para o ar. E, se a incidência se der com um ângulo maior que o ângulo crítico, 60o (EO), por exemplo? Nesse caso, toda a luz se reflete na superfície e volta para a água (OF). Isso se chama de reflexão total.
Quando o ângulo é menor que o ângulo crítico, a luz se reflete e se transmite, ao mesmo tempo. Mas, quando o ângulo é maior que o ângulo crítico, toda a luz se reflete. É por isso que esse fenômeno se chama de reflexão total.
Quanto maior o índice de refração do meio de onde sai a luz, menor o ângulo crítico. Portanto, maior a chance de haver reflexão total.
Refração no Diamante
Quanto maior o índice de refração de um material transparente, menor o ângulo crítico. Depois que um feixe de luz entra em um material de grande índice de refração, só sai se incidir, internamente, com um ângulo menor que o ângulo crítico.
O diamante tem um índice de refração n = 2,40. Com esse valor do índice de refração, o ângulo crítico do diamante (em relação ao ar) é pouco maior que 24o. Uma vez dentro do diamante, a luz só sai se incidir na superfície interna com um ângulo menor que esse. De 24o até 90o a luz se reflete de volta.
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
Reações Químicas
Uma reação química ocorre quando certas substâncias se transformam em outras. Para que isso possa acontecer, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira.
Como estas ligações podem ser muito fortes, energia, geralmente na forma de calor, é necessária para iniciar a reação. As novas substâncias possuem propriedades diferentes das substâncias originais (reagentes).
Como a ocorrência de uma reação química é indicada pelo aparecimento de novas substâncias (ou pelo menos uma) diferentes das que existiam antes, quando as substâncias reagem, às vezes ocorrem fatos bastante visíveis que confirmam a ocorrência da reação e dentre eles, podemos destacar: desprendimento de gás e luz, mudança de coloração e cheiro, formação de precipitados, etc...
As reações químicas não ocorrem somente nos laboratórios, mas, em toda a parte e a todo momento. Oxidação e redução são exemplos destes tipos de reações que ocorrem em nosso dia-a-dia.
Equação Química
A equação química é a forma de se descrever uma reação química. Símbolos e números são utilizados para descrever os nomes e as proporções das diferentes substâncias que entram nestas reações. Os reagentes são mostrados no lado esquerdo da equação e os produtos no lado direito. Não é criada e nem destruída matéria em uma reação, os átomos somente são reorganizados de forma diferente, por isso, uma equação química deve ser balanceada: o número de átomos na esquerda precisa ser igual o número de átomos da direita.
Exemplo de uma Equação Química nãoequlibrada:
H2 + Cl2 = HCl
Exemplo de uma Equação Química equlibrada:
H2 + Cl2 = 2HCl
Oxidação e Redução
Oxidação e redução são exemplos destes tipos de reações que ocorrem em nosso dia-a-dia.
A oxidação pode ocorrer em três circunstâncias: quando se adiciona oxigênio a substância, quando uma substância perde hidrogênio ou quando a substância perde elétrons. Quando o magnésio queima no ar, o metal se transforma em cinza à medida que vai ganhando oxigênio e se torna oxidado. Essa cinza é o óxido de magnésio.
A redução, por sua vez, é o inverso e ocorre também de três maneiras: quando uma substância perde oxigênio, quando ganha hidrogênio ou quando ganha elétrons. Quando o Óxido de Cobre (negro) é colocado em aparelhagem apropriada (câmara) para redução do Óxido de Cobre, o Gás Hidrogênio entra em contato com o Óxido de Cobre super aquecido e como resultado ele perde oxigênio e vai aos poucos tornando-se rosa, pois, está sendo reduzido a Cobre.
Reação Redox
Sabe-se que oxidação e redução ocorrem juntas na mesma reação química. Esse fenômeno recebe o nome de reação redox (ou de oxirredução). Algumas dessas reações são muito úteis para a indústria. O ferro, por exemplo, é extraido pela combinação do minério de ferro com o monóxido de carbono, num alto-forno. Nessa reação, o minério perde oxigênio para formar o ferro e o CO recebe oxigênio para formar o CO2. A ferrugem é um dos resultados de uma reação redox, na qual o ferro se oxida e forma o óxido de ferro (ferrugem), e o oxigênio do ar é reduzido.
SOLUÇÕES
São misturas homogêneas. Os componentes são denominados, solutos e solventes:
| SOLUTO | SOLVENTE |
| SÓLIDO | LÍQUIDO |
| Se ambos os componentes forem líquidos | |
| em menor quantidade | em maior quantidade |
| Se um componente for a água | |
| o outro componente | água |
A massa da solução é a massa do soluto somada à do solvente:
| msç = mst + msv |
|
CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES
TÍTULO ( T )
como msç> mst ® T < 1
PORCENTAGEM EM MASSA ( P )
como msç> mst ® P < 100%
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
Reações nucleares
Recebem o nome de reações nucleares aquelas interações que ocorrem entre partículas nucleares e núcleos atômicos sem que varie o número total de prótons e nêutrons. A energia nuclear é aquela que se libera em conseqüência de uma reação nuclear. As mais importantes, do ponto de vista da produção de energia, são a fissão e a fusão nuclear.
Fissão nuclear
Recebe o nome de fissão a reação nuclear entre um nêutron e um núcleo atômico pesado, como o urânio, em que este se divide em dois núcleos menores, chamados produtos de fissão. Simultaneamente são liberados novos nêutrons e grande quantidade de energia na forma de calor, que pode ser transformada em outros tipos de energia, como a elétrica. Os nêutrons liberados na fissão podem atuar sobre outros núcleos, produzindo novas rupturas, originando-se assim um processo conhecido como reação em cadeia. Uma aplicação, não pacífica, de uma reação em cadeia que se produz em um tempo muito curto é a bomba atômica. A grande quantidade de energia liberada teve efeitos devastadores nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki, em 1945, onde foram lançadas duas bombas atômicas, uma em cada cidade.
Fusão nuclear
É a reação nuclear que acontece ao se unirem (fundirem) átomos leves. O deutério e o trítio são os elementos utilizados nas experiências de fusão. Obtém-se um átomo de hélio, um nêutron e grande quantidade de energia. Ela não é utilizada em larga escala porque sua tecnologia ainda apresenta problemas de difícil solução.
Centrais nucleares
Em uma central nuclear, como em uma central térmica, a energia térmica de um combustível se transforma em mecânica e esta, em elétrica. O calor produzido vaporiza a água. O vapor passa por uma turbina que aciona um alternador, produzindo energia elétrica.
Nas centrais nucleares, o calor provém da reação em cadeia que ocorre no reator nuclear, que utiliza o urânio como material combustível.
O reator fica no interior de um vaso de contenção. Para controlar as reações nucleares na maioria dos reatores, as barras de combustível ficam rodeadas de materiais moderadores e barras de controle que reduzem a velocidade excessiva dos nêutrons ou absorvem um certo número deles.
A energia nuclear
Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula.
A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a energia nuclear, sendo essa de magnitude extraordinária, sendo usada de formas diversas pelo homem, desde bombas nucleares à aplicação na medicina.
Geração de Energia Nuclear
A geração de energia nuclear é altamente dependente da temperatura do meio, e a seção de choque das reações depende da energia, porque as reações são ressonantes com os níveis de energia do núcleo composto. Desta forma, não se pode escrever uma simples expressão entre a produção de energia nuclear, , com a temperatura e a densidade. Entretanto, em alguns intervalos de energia, e para fins didáticos, pode-se escrever:
, com a temperatura e a densidade. Entretanto, em alguns intervalos de energia, e para fins didáticos, pode-se escrever: onde e 
são expoentes determinados pelo tipo de reação dominante. Por exemplo, para estrelas com massa inferior à massa do Sol, o processo principal para a conversão de hidrogênio em hélio é o ciclo p-p. Para estrelas mais massivas do que o Sol, o processo dominante é o ciclo CNO, em que o carbono, nitrogênio e oxigênio fazem o papel de catalistas da conversão. Estas reações ocorrem a temperaturas de alguns milhões de graus, e densidades entre 1 e 100 
. Nestes casos, as taxas de reações nucleares são tais que n=1 e m=4 para o ciclo p-p, e n=1, m=15 para o ciclo CNO. Após a transformação de hidrogênio em hélio, o núcleo se condensa e esquenta, e a temperaturas acima de 
K, efetivamente combina três núcleos de hélio em um núcleo de 
, com n=2 e m=40.
e são expoentes determinados pelo tipo de reação dominante. Por exemplo, para estrelas com massa inferior à massa do Sol, o processo principal para a conversão de hidrogênio em hélio é o ciclo p-p. Para estrelas mais massivas do que o Sol, o processo dominante é o ciclo CNO, em que o carbono, nitrogênio e oxigênio fazem o papel de catalistas da conversão. Estas reações ocorrem a temperaturas de alguns milhões de graus, e densidades entre 1 e 100 . Nestes casos, as taxas de reações nucleares são tais que n=1 e m=4 para o ciclo p-p, e n=1, m=15 para o ciclo CNO. Após a transformação de hidrogênio em hélio, o núcleo se condensa e esquenta, e a temperaturas acima de K, efetivamente combina três núcleos de hélio em um núcleo de , com n=2 e m=40.FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
Reação Artificial
Em 1919, com uma fonte de partículas a, Rutherford bombardeou o gás nitrogênio obtendo o átomo de flúor, que por ser instável gerou hidrogênio e oxigênio.
14,7N + 4,2a => 18,9F => 1,1H + 17,8O
Tal bombardeamento de núcleos com partículas foi oriundo de pesquisas dos cientistas. O bombardeamento do berílio com partículas a, possibilitou a obtenção de radiações enormemente penetrantes, "os raios de berílio". Chegou-se à conclusão de que tais raios eram nêutrons.
9,4Be + 4,2a => 12,6C + 1,0n (nêutron)
Pelo fato dos nêutrons não terem carga, podem atravessar os materiais com facilidade, na medida em que não são repelidos pelos núcleos.
Para isto, usam-se os aceleradores, como o de Van de Graaff.
As Reações nucleares
As Reações nucleares são aquelas interações que ocorrem entre partículas nucleares e núcleos atômicos sem que varie o número total de prótons e nêutrons. A energia nuclear é aquela que se libera em conseqüência de uma reação nuclear. As mais importantes, do ponto de vista da produção de energia, são a fissão e a fusão nuclear.
Energia nuclear
De um modo geral, a energia pode ser definida como capacidade de realizar trabalho ou como o resultado da realização de um trabalho.
Na prática, a energia é melhor entendida do que definida.
Quando se olha para o Sol, tem-se a sensação de que ele é dotado de muita energia, devido à luz e ao calor que emite constantemente.
O Uso da Energia
A humanidade tem procurado usar a energia que a cerca e a energia do próprio corpo, para obter maior conforto, melhores condições de vida, maior facilidade de trabalho, etc.
Para a fabricação de um carro, de um caminhão, de uma geladeira ou de uma bicicleta, é preciso Ter disponível muita energia elétrica, térmica e mecânica.
A energia elétrica é muito importante para as indústrias, porque torna possível a iluminação dos locais de trabalho, o acionamento de motores, equipamentos e instrumentos de medição.
Para todas as pessoas, entre outras aplicações, serve para iluminar as ruas e as casas, para fazer funcionar os aparelhos de televisão, os eletrodomésticos e os elevadores. Por todos esses motivos, é interessante converter outras formas de energia em energia elétrica.
O Átomo
Por muito tempo, pensou-se que o átomo, seria a menor porção da matéria e teria uma estrutura compacta. Atualmente, sabemos que o átomo é constituído por partículas menores (subatômicas), distribuídas numa forma semelhante à do sistema Solar.
Existe um núcleo, onde fica concentrada a massa do átomo, equivalente ao Sol, e minúsculas partículas que giram em seu redor, denominadas elétrons, correspondentes aos planetas (é claro que os elétrons não em órbitas e sim em orbitais- região que delimita a presença mais intensa do elétron no espaço, logo a comparação não é tão correta, mas vale a idéia). Os elétrons são partículas de carga negativa e massa muito pequena.
O átomo possui grandes vazios, onde ocorre a provável presença dos elétrons.
Estrutura do núcleo
O núcleo do átomo é constituído de partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons. Existem ainda outras partículas bem menores do que os prótons ou os nêutrons, elas são chamadas de subpartículas e são os neutrinos, múons, píons, pósitron, bárion, núcleon, hyperon, méson, hádron, lépton, bóson, férmion, quarks, sendo que cada uma dessas têm outras subdivisões.
Prótons e nêutrons são mantidos juntos no núcleo pr forças, até o momento, não são totalmente identificadas, chamando-as de partículas virtual.
A energia nuclear
Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula.
A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a energia nuclear, sendo essa de magnitude extraordinária, sendo usada de formas diversas pelo homem, desde bombas nucleares à aplicação na medicina.
FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)
