apostila eja fisica 2
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2º UnidadeCapítulo V
Escala Termométrica________________________________________________________________3Questões do ENEM________________________________________________________________6
Capítulo VIEstudo do Calor ___________________________________________________________________8
Questões do ENEM________________________________________________________________12
Capítulo VIIDilatação Térmica__________________________________________________________________14
Questões do ENEM________________________________________________________________18
Capítulo VIIIEstudo dos Gases__________________________________________________________________20
Questões do ENEM________________________________________________________________29
Capítulo V
Organização: Apoio:
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Existem diversas escalas termométricas, a mais utilizada no Brasil é a Celsius (ºC). Ela considera a temperatura 0ºC (zero graus), o ponto de fusão da água, e a temperatura de 100ºC (cem graus) como o ponto de ebulição da água. Nos EUA e Inglaterra, a escala utilizada é a Farenheight (ºF), que considera 37º como o ponto de fusão do H2O, e 212º o ponto de ebulição.
Existe uma terceira escala, chamada de Kelvin, que tem como ponto de referência, o zero absoluto. Seria o menor estado de agitação de moléculas. Essa temperatura é o zero kelvin, que, convertido para graus Celsius, equivale a -273ºC.
Convertendo TemperaturasPara fazer a conversão de uma temperatura para outra unidade, devemos utilizar o
diagrama abaixo:
O esquema acima se baseia no teorema de tales, que é estudado na Matemática. Observe as equações abaixo:
Tc – 0 / 100 – 0 = Tf – 32 / 212 – 32
Ou seja, na escala de celsius, se pegarmos Tc e subtrairmos 0 (temperatura do ponto de fusão) e dividirmos por 100 – 0 (temperatura de ebulição menos temperatura de fusão) será igual a Tf menos 32 (temperatura de fusão em farenheight) e dividirmos por 212-32 (temperatura de ebulição menos temperatura de fusão, ambas em farenheight).
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Capítulo V
A equação funciona para qualquer temperatura Tc ou Tf que queiramos, mesmo que sejam negativas, abaixo ou acima dos números representados. A mesma equação, simplificada:
Tc / 100 = Tf-32/180
É muito comum em vestibulares, fazerem perguntas do tipo “Em uma escala desconhecida, a água entra em fusão quando a altura de mercúrio está em 4cm, e evapora quando está a 29cm. Quando o mercurio estiver em 24cm, qual será a temperatura correspondente em celsius?”
Para resolvê-la, basta criar uma nova escala termométrica, onde o zero celsius corresponde à 4cm (ponto de fusão), e 100 ºC corresponde a 29cm (ebulição).
Tc / 100 = Tcm – 4 / 29 – 4Como já conhecemos a temperatura na nova escala (24cm), basta trocar Tcm por 24:Tc / 100 = 24 – 4 / 29 – 425 Tc = 2000Assim descobrimos que Tc valerá 80ºC .
Relação entre as escalas Celsius e Kelvin
- 100o C - 373 K
- tC - T
- 0o C - 273 K
Exemplos1. (FATEC 2001) Em um laboratório um cientista determinou a temperatura de uma
substância. Considerando-se as temperaturas:
-100K; 32 °F; -290°C; -250 °C,
Os possíveis valores encontrados pelo cientista foram:
a) 32 °F e -250 °C.
b) 32 °F e -290°C.
c) -100K e 32 °F.
d) -100K e -250 °C.
e) -290°C e -250 °C.
Resolução
273373273
01000
−−=
−− TtC
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Capítulo V
Sabemos que a menor temperatura possível é 0K que corresponde a -273°C. Logo, -100k e -290°C são temperaturas impossíveis.
Obtemos então, como resposta a alternativa A.
(UESC-BA) Na embalagem de um produto existe a seguinte recomendação: "Manter a -4° C".
Num país em que se usa a escala Fahrenheit, a temperatura correspondente à recomendada é:
a) -39,2°F
b) -24,8°F
c) 24,8°F
d) 39,2°F
e) 40,2°F
Resolução
RESPOSTA: C2. (ITA-SP) - Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou sua
própria escala linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de O (zero) e 10 (dez) correspondem, respectivamente, a 37°C e 40°C. A temperatura de mesmo valor numérico em ambas escalas é aproximadamente:
a) 52,9 ºC
b) 28,5 ºC
c) 74,3 ºC
d) - 8,5 ºC
e) - 28,5 ºC
ResoluçãoComparando-se as escalas, temos:
Fazendo-se θX - θC = θ, vem:
RESPOSTA: A
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Capítulo V
Um corpo se encontra à temperatura de 27o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Kelvin.
Resposta:____________________________________
Um doente está com febre de 42o C. Qual sua temperatura expressa na escala Kelvin?
Resposta:____________________________________
Uma pessoa tirou sua temperatura com um termômetro graduado na escala Kelvin e encontrou 312 K. Qual o valor de sua temperatura na escala Celsius?
Resposta:____________________________________
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Capítulo V
Um gás solidifica-se na temperatura de 25 K. Qual o valor desse ponto de solidificação na escala Celsius?
Resposta:____________________________________
Uma forma de aumentar a temperatura de um corpo é através do contato com outro que esteja mais quente. Existe outra forma? Dê um exemplo.
Resposta:____________________________________
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Capítulo V
Quantidade de CalorA quantidade de calor é medida em calorias. Caloria ou pequena caloria é a
quantidade de calor necessária para elevar de 1°C a temperatura de 1g de água. A principal unidade derivada da caloria é a grande caloria, quantidade de calor necessária para elevar de 1°C a temperatura de 1000g de água. A grande caloria equivale a 1000 calorias. A caloria é indicada pela sigla cal e a grande caloria pela sigla kcal.
Observe que a caloria, por definição, é a quantidade de calor que eleva 1g de água de 1°C. Logo, podemos concluir que o calor específico da água é de 1 cal/g°C (uma caloria por grama por graus Celsius). Estando a água e o ferro recebendo mesma quantidade de calor, o ferro se aquece muito mais rapidamente que a água.
Isso significa que o ferro necessita de menos calor que a água para elevar sua temperatura. Logo, o ferro tem menos calor específico que a água. Calor específico de uma substância é a quantidade de calor, medida em calorias, que eleva 1grama dessa substância de 1 grau C. O cálculo da quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo é feito com base na fórmula:
Q = m.c. ∆ t
Q = quantidade de calor (cal )m = massa (g)c = calor específico ( cal/ g. oC)∆ t = variação da temperatura (oC)∆ t = t - t0
Exemplo1. Uma piscina com 40m2 contém água com profundidade de 1m. Se a potência
absorvida da radiação solar, por unidade de área, for igual a 836W/m2 , o tempo de exposição necessário para aumentar a temperatura da água de 17oC a 19oC será,
Busque mais sobre quantidade de calor.
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Capítulo VI
Resolução
Calculando a quantidade de energia:
Calculando o tempo necessário para que ocorra a absorção de energia suficiente (supondo perda zero):
Trocas de Calor"Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, até estabelecer-se o equilíbrio
térmico, é nula a soma das quantidades de calor trocadas por eles." termômetro
calorímetro
QA + QB = 0
Qrecebido > 0Qcedido < 0
A
B
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Capítulo VI
Calor LatenteQuando uma quantidade de calor é fornecida ou retirada de um corpo, não modifica a
sua temperatura, mas produz mudança fase, é denominado calor latente.
Essa temperatura invariável denominamos de temperatura de mudança de fase.O calor específico latente L de um material informa a quantidade de calor que uma
unidade de massa desse material precisa receber ou perder exclusivamente para mudar de estado de agregação.
A quantidade de calor é determinada através da seguinte expressão:
Q = m.L
Q = quantidade de calor (cal)m = massa (g)L = calor latente da substância (cal/g)
Exemplo1. Qual a quantidade de água permanecerá líquida após serem extraídos 50,2 kJ de
calor de 260g de água inicialmente em ponto de congelamento?
Resolução
RESPOSTA: Essa é a massa que derreteu.
Na transformação do gelo em água, embora o gelo esteja recebendo calor, sua temperatura não varia enquanto não se completa a mudança de fase.
Na transformação da água em vapor, embora a água esteja recebendo calor, sua temperatura não varia enquanto não se completa a mudança de fase.
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Capítulo VI
2. Um recipiente de capacidade térmica 50 cal/ºC contém 200g de água a 40ºC. Introduz no recipiente 50g de gelo a 0ºC. Admitindo q não há trocas de calor com o ambiente, a temperatura final de equilíbrio, em ºC, é:
Dados:calor especifico da água = 1cal/gºC
calor latente de fusão de gelo = 80 cal/g
ResoluçãoÉ um teste bastante simples, envolvendo troca de calor entre corpos.
Quem receberá calor será o GELO, que precisa para derreter totalmente:
Quem fornecerá calor será o conjunto RECIPIENTE + ÁGUA.
Calculando a quantidade de energia MAXIMA que poderá ser fornecida antes de atingir a
temperatura mais baixa possível :
Como a energia MÁXIMA que o sistema pode perder ao gelo é de 10.000 cal e são necessárias 16.000 cal para fundir totalmente o gelo, conclui-se que o equilíbrio térmico
ocorrerá sem que todo gelo derreta.
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Capítulo VI
Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 300 g de gelo a 0o C em água a 0o C, sabendo que o calor latente de fusão da água é LF = 80 cal/g.
Resposta:____________________________________
Determine a quantidade de calor que se deve fornecer para transformar 70 g de água a 100o C em vapor de água a 100o C. Dado: calor latente de vaporização da água LV = 540 cal/g.
Resposta:____________________________________
Uma substância de massa 200 g absorve 5000 cal durante a sua ebulição. Calcule o calor latente de vaporização.
Resposta:____________________________________
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Capítulo VI
Uma peça de ferro de 50 g tem temperatura de 10o C. Qual é o calor necessário para aquecê-la até 80o C? (calor específico do ferro: c = 0,11 cal/ g. oC )
Resposta: ____________________________________
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Capítulo VI
Dilatação LinearQuando estamos estudando a dilatação de um fio, teremos a ocorrência predominante
de um aumento no comprimento desse fio. Essa é a característica da dilatação linear. Imaginemos uma barra de comprimento inicial Lo e temperatura inicial to. Ao aquecermos esta barra para uma temperatura t ela passará a ter um novo comprimento L. Vejamos a representação a seguir:
L0
∆ L
L
∆ L = variação no comprimentoα = coeficiente de dilatação linear (oC-1)
∆ t = variação da temperatura (oC)
t t0
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Capítulo VII
∆ L = L - L0
∆ t = t - t0
∆ L = α .L0. ∆ t L = Lo (1 + α . ∆ t )
Exemplo1. (VUNESP-SP) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em
diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é g = 11 . 10-6 °C-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?
a) 11 . 10-4 m
b) 33 . 10-4 m
c) 99 . 10-4 m
d) 132 . 10-4 m
e) 165 . 10-4 m
Resolução
O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é:
ΔL = L0 . α . Δθ
ΔL = 30 . (11 . 10-6) . (40 – 10) = 99 . 10-4 m
RESPOSTA: C
2. (UFPE) - O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1,000m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6 ºC-1.
Resolução
ΔL = L0 . α . Δθ
15 = 1000 . α . (500 - 0)
α = 30. 10-6 ºC-1
RESPOSTA: 30
Dilatação SuperficialDilatação superficial é aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou
seja, a variação da área. Consideremos uma placa de área inicial A0, à temperatura inicial t0. Aumentado a
temperatura da placa para t sua área passa para A.
t0 t
A0 A ∆ A = A - A0
∆ A = β .A0. ∆ t
A = Ao (1 +β . ∆ t )
β = 2 α
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Capítulo VII
∆ A = variação da superfícieβ = coeficiente de dilatação superficial (oC-1)
∆ t = variação da temperatura (oC)
Exemplo1) O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é
aquecida?
ResoluçãoA experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o
fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.
Dilatação VolumétricaQuando estamos estudando a dilatação de um paralelepípedo, teremos a ocorrência
predominante de um aumento no volume desse corpo. Essa é a característica da dilatação volumétrica. Imaginemos um paralelepípedo de volume inicial Vo e temperatura inicial to. Ao aquecermos este corpo para uma temperatura t ele passará a ter um novo volume V.
t0 t
∆ V = variação do volumeγ = coeficiente de dilatação volumétrica (oC-1)
∆ t = variação da temperatura (oC)
V0
V
∆ V = V - V0
∆ V = γ .V0. ∆ tV = Vo (1 + γ . ∆ t )
γ = 3 α
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Capítulo VII
Exemplo1. Uma proveta de vidro é preenchida completamente com 400 cm3 de um liquido a
20°C. O conjunto é aquecido até 220°C. Há, então, um transbordamento de 40 cm3 do liquido.
É dado γVidro = 24 . 10-6 ºC-1
Calcule:
a) o coeficiente de dilatação volumétrica aparente do liquido (γap)
b) o coeficiente de dilatação volumétrica real do liquido (γreal)
Resoluçãoa) O transbordamento do líquido é sua dilatação aparente: ΔVap = 40 cm3 .
Tem-se também a expressão Δt = 220 - 20 \ Δt = 200ºC
Da expressão da dilatação aparente de líquidos, escreve-se .
Logo
b) Pela expressão γap + γvidro tem-se: γ = 500 x 10-6 + 24 x 10-6 \ γ = 424 x 10-6 °C-1
RESPOSTAS: a) γap = 500 x 10-6 °C-1 b) γ = 424 x 10-6 °C-1
1. O cilindro circular de aço do desenho abaixo se encontra em um laboratório a uma temperatura de -100ºC. Quando este chegar à temperatura ambiente (20ºC), quanto ele terá dilatado?
Dado que .
ResoluçãoSabendo que a área do cilindro é dada por:
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Capítulo VII
Um petroleiro recebe uma carga 107 barris de petróleo no Golfo Pérsico, a uma temperatura de 50o C. Qual a perda em barris, por efeito de contração térmica, que esta carga apresenta quando á descarregada no Brasil, a uma temperatura de 10o C? Dado: γ petróleo = 10-3 oC-1.
Resposta:____________________________________
Ao ser aquecido de 10o C para 210o C, o volume de um corpo sólido aumenta 0,02 cm3. Se o volume do corpo a 10o C era 100 cm3, determine os coeficientes de dilatação volumétrica e linear do material que constitui o corpo.
Resposta:____________________________________
Uma chapa de zinco tem área de 8 cm2 a 20oC. Calcule a sua área a 120o C. Dado: β zinco = 52. 10-6 oC-1.
Resposta:____________________________________
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Capítulo VII
Uma chapa de chumbo tem área de 900 cm2 a 10o C. Determine a área de sua superfície a 60o
C. O coeficiente de dilatação superficial do chumbo vale 54. 10-6 oC-1.
Resposta:____________________________________
Qual o aumento de comprimento que sofre uma extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0o C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6
oC-1 ?
Resposta:____________________________________
Um cano de cobre de 4 m a 20o C é aquecido até 80o C. Dado α do cobre igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto aumentou o comprimento do cano?
Resposta: ____________________________________
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Capítulo VII
Transformação IsotérmicaA palavra isotérmica se refere a mesma temperatura, logo uma transformação
isotérmica de uma gás, ocorre quando a temperatura inicial é conservada.A lei física que expressa essa relação é conhecida com Lei de Boyle e é
matematicamente expressa por:
Onde:p=pressãoV=volume
=constante que depende da massa, temperatura e natureza do gás.
Como esta constante é a mesma para um mesmo gás, ao ser transformado, é válida a relação:
Transformação IsobáricaAnalogamente à transformação isotérmica, quando há uma transformação isobárica, a
pressão é conservada.Regida pela Lei de Charles e Gay-Lussac, esta transformação pode ser expressa por:
Onde:V=volume;T=temperatura absoluta;
=constante que depende da pressão, massa e natureza do gás.
p . V = K 1
Transformação de um gás sob temperatura constante.
V = K2 . T
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Capítulo VIII
Assim, quando um mesmo gás muda de temperatura ou volume, é válida a relação:
Transformação IsométricaA transformação isométrica também pode ser chamada isocórica e assim como nas
outras transformações vistas, a isométrica se baseia em uma relação em que, para este caso, o volume se mantém.
Regida pela Lei de Charles, a transformação isométrica é matematicamente expressa por:
Onde:P= pressão;T=temperatura absoluta do gás;
=constante que depende do volume, massa e da natureza do gás.;Como para um mesmo gás, a constante é sempre a mesma, garantindo a validade
da relação:
Equação de ClapeyronRelacionando as Leis de Boyle, Charles Gay-Lussac e de Charles é possível
estabelecer uma equação que relacione as variáveis de estado: pressão (p), volume (V) e temperatura absoluta (T) de um gás.
Esta equação é chamada Equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês Paul Emile Clapeyron que foi quem a estabeleceu.
Onde:p=pressão;V=volume;n=nº de mols do gás;
Transformação a pressão constante.
p = K3 . T
Transformação a volume constante.
p . V = n . R . T
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Capítulo VIII
R=constante universal dos gases perfeitos;T=temperatura absoluta.
Lei Geral dos Gases PerfeitosAtravés da equação de Clapeyron é possível obter uma lei que relaciona dois estados
diferentes de uma transformação gasosa, desde que não haja variação na massa do gás.Considerando um estado (1) e (2) onde:
Através da lei de Clapeyron:
esta equação é chamada Lei geral dos gases perfeitos.
Exemplos1. (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das
transformações:
a) adiabática e isobárica.
b) isométrica e isotérmica.
c) isotérmica e adiabática.
d) isobárica e isotérmica.
e) isométrica e adiabática.
RESPOSTA: D
2. (UFRJ) Um gás de volume 0,5m³ à temperatura de 20ºC é aquecido até a temperatura de 70ºC. Qual será o volume ocupado por ele, se esta transformação acontecer sob pressão constante?
ResoluçãoÉ importante lembrarmos que a temperatura considerada deve ser a temperatura
absoluta do gás (escala Kelvin) assim, o primeiro passo para a resolução do exercício é a conversão de escalas termométricas:
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Capítulo VIII
Lembrando que:
Então:
3. (UERJ) Qual é o volume ocupado por um mol de gás perfeito submetido à pressão de 5000N/m², a uma temperatura igual a 50°C?
Resolução
Dado: 1atm=10000N/m² e
Substituindo os valores na equação de Clapeyron:
Transmissão de Calor
Condução Térmica"A condução térmica consiste numa transferência de energia de vibração entre as
moléculas que constituem o sistema."
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Capítulo VIII
Convecção térmica"A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e
vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema."
Irradiação térmica"A irradiação é a transmissão de por intermédio de
ondas eletromagnéticas. Nesse processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio material."
Termodinâmica
Trabalho Realizado Por Um GásConsidere um gás de massa m contido em um cilindro com área de base A, provido de
um êmbolo. Ao ser fornecida uma quantidade de calor Q ao sistema, este sofrerá uma expansão, sob pressão constante, como é garantido pela Lei de Gay-Lussac, e o êmbolo será deslocado.
Busque mais sobre transmissão de calor
A termodinâmica estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado numa transformação de um sistema.
24
Capítulo VIII
Assim como para os sistemas mecânicos, o trabalho do sistema será dado pelo produto da força aplicada no êmbolo com o deslocamento do êmbolo no cilindro:
Assim, o trabalho realizado por um sistema, em uma tranformação com pressão constante, é dado pelo produto entre a pressão e a variação do volume do gás.
Quando:• o volume aumenta no sistema, o trabalho é positivo, ou seja, é realizado sobre o
meio em que se encontra (como por exemplo empurrando o êmbolo contra seu próprio peso);
• o volume diminui no sistema, o trabalho é negativo, ou seja, é necessário que o sistema receba um trabalho do meio externo;
• o volume não é alterado, não há realização de trabalho pelo sistema.
ExemploUm gás ideal de volume 12m³ sofre uma transformação, permenescendo sob pressão
constante igual a 250Pa. Qual é o volume do gás quando o trabalho realizado por ele for 2kJ?
Na expansão,
Vfinal > Vinicial → τ > 0
(o gás realiza trabalho)
Na compressão,
Vfinal < Vinicial → τ < 0
(o gás recebe trabalho do meio exterior)
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Capítulo VIII
Resolução
Trabalho Pela ÁreaÉ possível representar a transformação isobárica de um gás através de um diagrama
pressão por volume:
Comparando o diagrama à expressão do cálculo do trabalho realizado por um gás , é possível verificar que o trabalho realizado é numericamente igual à área sob a curva do gráfico (em azul na figura).
Primeiro Princípio da TermodinâmicaChamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio da conservação de energia
aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.
Analisando o princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica:Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou
transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho e aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:
Q = τ + U
O trabalho é numericamente igual a área, num gráfico da pressão em função da variação do volume.
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Capítulo VIII
Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).Conhecendo esta lei, podemos observar seu comportamento para cada uma das
grandezas apresentadas:
Calor Trabalho Energia Interna Q/ /ΔU
Recebe Realiza Aumenta >0
Cede Recebe Diminui <0
não troca não realiza e nem recebe não varia =0
Exemplo Ao receber uma quantidade de calor Q=50J, um gás realiza um trabalho igual a 12J,
sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U=100J, qual será esta energia após o recebimento?
Resolução
Segundo Princípio da TermodinâmicaDentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na
construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.
Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e Kelvin-Planck:
• Enunciado de Clausius - O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.
Tendo como consequência que o sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais alta para a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.
• Enunciado de Kelvin-Planck - É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.
27
Capítulo VIII
Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo.
Abaixo o esquema demonstrando a 2° lei da termodinâmica.
Q1 Q2 τ
Q1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica.τ = trabalho obtidoQ2 = quantidade de calor perdida.
Rendimento da Máquina TérmicaPodemos chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia utilizada
como forma de trabalho e a energia fornecida:Considerando:
=rendimento;= trabalho convertido através da energia térmica fornecida;
=quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento;
=quantidade de calor não transformada em trabalho.O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o
máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas como visto, isto não é possível. Para sabermos este rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.
ExemploUm motor à vapor realiza um trabalho de 12kJ quando lhe é fornecido uma quantidade
de calor igual a 23kJ. Qual a capacidade percentual que o motor tem de transformar energia térmica em trabalho?
FonteQuente
T1
FonteFriaT2
Máquina Térmica
τ = Q1 - Q2
1Qτη =
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Capítulo VIII
Uma máquina térmica recebe 100 joules de energia, mas devido às perdas por aquecimento, ela aproveita somente 50 joules. Determine o rendimento dessa máquina.
Resposta:____________________________________
Um motor elétrico recebe 80 J de energia, mas aproveita efetivamente apenas 60 J. Qual é o rendimento do motor?
Resposta:____________________________________
Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.
Resposta:____________________________________
29
Capítulo VIII
Na temperatura de 300 K e sob pressão de 1 atm, uma massa de gás perfeito ocupa o volume de 10 litros. Calcule a temperatura do gás quando, sob pressão de 2 atm, ocupa o volume de 20 litros.
Resposta:____________________________________
Num dado processo termodinâmico, certa massa de um gás recebe 260 joules de calor de uma fonte térmica. Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules. Determine a variação da energia interna.
Resposta:____________________________________
As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de A para B em cada processo.
a) P (N/m2) A B 20
0 5 V (m3)
30
Capítulo VIII
b) P (N/m2)
A 30 B 0 6 V (m3)
c) P (N/m2)
A B 10......... 0 2 5 V (m3)
31
Capítulo VIII