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Velocidade e Temperatura das Partículas
Esse applet foi desenvolvido para demonstrar o conceito de temperatura, como
a pressão se relaciona com a temperatura em condições de volume fixo e como a
distribuição das velocidades das partículas depende da temperatura.
Nesse applet as seguintes grandezas são dadas pelos medidores:
- O termômetro mede a temperatura em kelvin.
- A velocidade média das partículas (MPS) é dada em metros por segundo.
- A pressão é dada em Pascal.
Você só controla uma coisa nesse programa: a temperatura do gás dentro do
balão.
Note que o experimento tem um modo de erro: se a pressão
dentro do balão exceder 150 Pascals o balão explode (dá pra ouvir).
Para voltar à situação normal você só precisa abaixar a
temperatura.
Conceito 1: Temperatura
Vamos começar com um sistema relativamente simples de uma só partícula no
balão. Conforme você modificar a temperatura, perceba qualitativamente o que
acontece com a velocidade da partícula dentro do balão. Você pode perceber
também quantitativamente a mudança no gráfico à direita do termômetro.
Se você modificar a temperatura de 300K para 1200K a partícula se move mais
rápido, mais lento ou permanece igual?
O que acontece quando você diminui a temperatura a 10K?
O que você acha que vai acontecer a 0K? (Não dá pra testar sua hipótese com
esse applet, afinal de contas é o zero
absoluto!)
Distribuição das Velocidades de
partículas:
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Procedimento:
1. Aumente a temperatura até 1200K e veja o que acontece com o movimento das partículas
2. Diminua a temperatura a 10K e veja o que acontece com o movimento das partículas
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O que acontece com as partículas em um volume fechado quando
a temperatura muda?
O que a temperatura mede?
Conceito 2: Temperatura e Pressão
Agora o sistema consiste em 12 partículas no balão. Conforme cada partícula
colide com a parede do balão ela faz uma força naquela parede. A distribuição
dessa força pela área da parede é o que chamamos de pressão.
Usando o applet abaixo, investigue a relação entre temperatura e pressão.
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Procedimento:
1. Observe a pressão a T
=300
2. Aumente T para 600 e observe a pressão
3. Aumente T
para 1200 e observe a pressão
4. Que valor de T produz uma pressão
de 150Pa?
5. Teste essa
predição.
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Questionamento: Qual a relação entre temperatura e pressão a volume fixo?
Conceito 3: Temperatura e Velocidade Média das Partículas
Agora há muitas partículas no balão. Nesse exercício preste atenção à duas
coisas: o medidor da velocidade média das partículas (MPS) e o gráfico à direita
do termômetro.
Agora descubra a relação entre temperatura e a distribuição das velocidades
das partículas.
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Procedimento:
1. Observe a MPS a T =300 e os
movimentos das partículas.
2. Aumente T para 600 e observe MPS e qualquer mudança no movimento das
partículas
3. Aumente T para 1200 e observe MPS e qualquer mudança
no movimento das partículas
4. Baixe T para 10 e observe MPS e
qualquer mudança no movimento das partículas
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Questionamento: Qual a relação entre temperatura e a velocidade média das
partículas?
Se a temperatura dobrar, o que acontece com a velocidade média das
partículas?
O que acontece com a distribuição das velocidades das partículas conforme a
temperatura aumenta?
Conceito 4: Um gás mais pesado
Agora há 15 partículas no balão. Mas dessa vez o peso molecular do gás é
maior do que nos casos anteriores.
Descubra a diferença que isso faz.
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Procedimento:
1. Observe a MPS a T =300 e a
distribuição das velocidades
2. Aumente T para 600 e observe MPS e
qualquer mudança na distribuição das velocidades
3. Aumente T para
1200 e observe MPS e qualquer mudança na distribuição das
velocidades
4. Baixe T para 10 e observe
MPS |
Questionamento: Qual o principal efeito que a maior massa das partículas
tem?
Conceito 5: Velocidade de Escape
Agora há 80 partículas no balão. O balão foi substituído por um planeta. A
linha vermelha à direita do gráfico marca a velocidade de escape do planeta.
Partículas que tenham velocidades superiores à essa marca escaparão da atmosfera
do planeta.
Você deve determinar a que temperatura as primeiras partículas escapam.
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Procedimento:
1. Aumente T enquanto a primeira
partícula escapa e observe em que valor de T isso acontece.
2.
Aumente T em quase 20% e observe quantas mais partículas escapam.
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Questionamento: Por que há partículas escapando do sistema mesmo quando a
velocidade média é bem mais baixa do que a velocidade de escape?
Conceito 6: Mais Velocidade de Escape
A única diferença em relação ao anterior é que agora há 20 partículas
somente.
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Procedimento:
1. Aumente T enquanto a primeira
partícula escapa e observe em que valor de T isso acontece.
2.
Aumente T em quase 20% e observe quantas mais partículas
escapam. |
Questionamento: Por que a primeira partícula escapa numa temperatura maior do
que no caso anterior?
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