termodinâmica (parte 1)
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TERMODINÂMICA (PARTE 1)
Mecânica dos Fluidos e Termodinâmica
Aulas: 15,16,17 e 18
Prof. Msc. Charles Guidotti
07/2014
O que há em comum?
Toda matéria – Sólida, líquida ou gasosa – é
composta por átomos ou moléculas em
constante agitação.
O que determina a sensação de
quente ou frio?
Qual é a diferença?
O que determina a sensação de
quente ou frio?
Em virtude desse movimento aleatório, os átomos ou moléculas da
matéria possuem energia cinética. A energia média dessas
partículas individuais produzem um efeito que podemos sentir
(sensação de quente ou frio).
A quantidade que informa quão quente ou frio é um
objeto em relação a algum padrão é chamado de
temperatura.
Temperatura mede o grau de agitação
das partículas de
um corpo.
Sistema isolado
O que acontece com a temperatura desses
objetos após certo tempo?
O equilíbrio térmico é a situação na qual dois
corpos em contato térmico deixam de ter qualquer
troca de energia.
ou
Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico
suas temperaturas são iguais e vice-versa.
Lei Zero da Termodinâmica
Lei Zero da Termodinâmica
Se dois corpos A e B estão individualmente em equilíbrio térmico com um
outro corpo T, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
Como sabemos se o corpo está em
equilíbrio térmico com outro?
Como funciona o termômetro?
Galileu em 1602
Escalas de Temperatura
Qual a escala utilizada no SI?
Tarefa: Crie relações entre as escalas.
Exercício
1. Suponha que você encontre anotações antigas que
descrevem uma escola de temperatura chamada de Z
na qual o ponto de ebulição da água é 65ºZ e o ponto
de congelamento -14ºZ. A que temperatura na escala
Fahrenheit corresponde uma temperatura de -98ºZ?
Que conceito(s) Físico(s) podemos
explorar a partir das charges abaixo?
Dilatação Linear
A dilatação linear leva em consideração apenas uma
dimensão do sólido.
Δߙ0ܮ=ܮΔܶ
Dilatação Superficial A dilatação superficial leva em consideração a área
do sólido.
Δܵ=𝑆0ߚΔܶ
Dilatação Volumétrica A dilatação volumétrica ocorre nos sólidos e
nos líquidos.
Δ𝑉=𝑉0ߛΔܶ
Relações entre os coeficientes
= ߙ𝛽
2 =
ߛ 3
Por que os lagos não congelam
totalmente?
Dilatação Anômala da Água
A 4°C a agua tem
dilatação máxima
Exercício
2. Em um dia quente em Las Vegas, uma caminhão
tanque foi carregado com 37000 L de óleo diesel. Ele
encontrou um tempo frio a caminho onde a
temperatura era de 10ºC menor, onde ele entregou todo
o seu carregamento. Quantos litros ele entregou? O
coeficiente de dilatação volumétrica da óleo diesel é
9,5 ×10−4℃−1.
3. Determine a variação de volume de uma esfera de
alumínio com um raio inicial de 10 cm quando a esfera
é aquecida de 0ºC para 100ºC. (23 = ߙ𝑥 10−6 º𝑪−𝟏)
Sistema isolado
Calor (energia)
Calor é a energia transferida de um corpo para outro
em virtude, unicamente, de uma diferença de
temperatura entre esses corpos.
Calor
Calor → Forma de Energia → Unidade: Joules
Ou
CALORIA: É definida como quantidade de calor requerida
para alterar a temperatura de uma grama de água em 1
grau Celsius.
1 cal = 4,1868 J
Calor
Corpo B Corpo A
Q
𝑇𝐴 > 𝑇𝐵
Q > 0 O sistema recebe energia
Q < 0 O sistema perde energia
Q = 0 Não há troca de energia
Q > 0 O sistema recebe energia Q < 0 O sistema cede energia
Diferentes materiais requerem diferentes quantidades de calor para elevar a
temperatura de uma determinada massa desse material em um determinado
número de graus.
Materiais diferentes absorvem energia
de maneiras diferentes.
Absorção de Calor
Capacidade Térmica (C)
É a grandeza física que determina a relação entre a quantidade de
calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura observada
neste.
𝑄 = 𝐶 ∆𝑇 = 𝐶 (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)
𝑇𝑖 > 𝑇𝑓 , Q < 0 O sistema perde energia
𝑇𝑖 < 𝑇𝑓 , Q > 0 O sistema recebe energia
𝑇𝑖 = 𝑇𝑓 , Q = 0 Não há troca de energia
Absorção de Calor
Calor específico (c)
C= c m
𝑄 = 𝑐𝑚 ∆𝑇 = 𝑐𝑚 (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)
𝑇𝑖 > 𝑇𝑓 , Q < 0 O sistema perde energia
𝑇𝑖 < 𝑇𝑓 , Q > 0 O sistema recebe energia
𝑇𝑖 = 𝑇𝑓 , Q = 0 Não há troca de energia
É definido como a quantidade de calor requerida para alterar
a temperatura de uma unidade de massa da substância em 1
grau.
Exercício
4. Um lingote de cobre de massa 𝑚𝑐= 75 g é aquecido em
um forno de laboratório até a temperatura T= 312°C. Em
seguida, o lingote é colocado em um béquer de vidro
contendo uma massa 𝑚𝑎= 220 g de água. A capacidade
térmica 𝐶𝑏do béquer é 45 cal/K. A temperatura inicial da
água e do béquer é 𝑇𝑖= 12°C. Supondo que o lingote, o
béquer e a água são um sistema isolado e que a água não
é vaporizada determine a temperatura final 𝑇𝑓 do sistema
quando o equilíbrio térmico é atingido.
Mudança de Fase
Uma substância para passar de uma fase para outra através
do recebimento ou fornecimento de energia.
Energia é absorvida Q > 0
Energia é liberada Q< 0
Um corpo ao receber ou ceder energia, pode sofrer sois efeitos diferentes:
variação de temperatura ou mudança de fase.
Mudança de Fase
Calor Latente (calor de transformação): É a quantidade de energia
por unidade de massa necessária para mudar o estado de um
material.
Exercício
5. Que quantidade de calor deve absorver uma amostras
de gelo com massa m=0,720 Kg a -10ºC para ser levada
ao estado líquido a 15ºC?
Dados: (𝑐𝑔𝑒𝑙𝑜= 2220𝐽
𝐾𝑔. 𝐾 ),
𝐿 = 333𝐾 𝐽
𝑘𝑔,
(𝑐𝑙𝑖𝑞= 4190𝐽
𝐾𝑔. 𝐾 )
Mecanismos de Transferência de Calor
Condução
Na condução a energia se propaga em virtude da
agitação atômica no material sem que haja transporte
de matéria no processo.
Convecção
A transferência de calor nos líquidos e nos gases é feita
sobretudo por meio de correntes de convecção que se
formam em virtude da diferença entre as densidade das
partes mais quentes e mais frias do líquido.
Radiação
É feita por meio de ondas eletromagnéticas, que podem
se propagar mesmo na ausência de um meio material
(vácuo).