TERMOLOGIA

IVAN SANTOS

CONCEITOS FUNDAMENTAISTemperatura: Medida da agitação molecular.Calor: Energia térmica em trânsito.

Equilíbrio térmico: temperaturas iguais.

Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

Relação de Conversão de VariaçõesEquações de Conversão

RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Pressão de

1 Atm

CELSIUS ( ºC ) FAHRENHEIT ( ºF ) KELVIN ( K )

Dilatação Térmica

→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta.

→ Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio.

→ Quando a temperatura aumenta, há um aumento da

agitação, fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em conseqüência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.

Dilatação Térmica:Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia.

- Dilatação Linear

- Dilatação Superficial

- Dilatação Volumétrica

Entre elas temos:

Dilatação Linear

Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).

TLL o ..

oLLL

Problema exemplo: • 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 α = 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?

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

• ou 0,0099m

Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.

RESOLUÇÃOComo α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.

Problema exemplo:

Dilatação SuperficialEstuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

TAA o ..

oAAA .2

• O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida?

RESOLUÇÃO

A 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.

Uma chapa possui área de 4m2 a 0oC. Aquecendo-se a chapa a 50oC, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado = 10.10-6 oC-1

ΔA = A0 . β . Δθ

Obs.: β = 2.α

ΔA = 4 . (2 x 10 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2

A = 4 + 0,004 = 4,004m2

Dilatação VolumétricaEstuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).

TVV o ..

oVVV

.3

O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100cm3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40oC de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1.10-5 oC-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera.

ΔV = V0 . γ . Δθ

Obs.: γ = 3.α

ΔV = 100 . (3 x 1 . 10-5) . 40 = 0,12cm3

Problema exemplo:

Dilatação Volumétrica dos líquidos.

Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.

TVV o ..

recapliquido

O caso da água

A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção.

Gráfico I

O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 4°C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).

Comentário sobre o caso da água

Gráfico II

O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, , tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.

Comentário sobre o caso da água

Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta.

A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.

Calorimetria

A troca de calor entre dois corpos cessa quando for atingido o equilíbrio térmico.

Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

Calor Sensível

É o calor que provoca variação de temperatura sem haver mudança de estado físico.

tcmQ ..

Calor Latente

É o calor que provoca mudança de estado físico sem variar a temperatura.

LmQ .

Capacidade Térmica

È a razão entre o calor trocado por ele e sua respectiva variação temperatura.

T

QC

cmC .

Obs: A capacidade térmica depende da massa, da natureza da substância, temperatura e pressão.

Calor específico

É a quantidade de calor necessária para variar 1ºC a temperatura de 1g de substância.

Obs:

- O calor específico depende da natureza da substância.

- O calor específico muda com a variação da temperatura.

- Toda substância tem em cada estado físico, um valor diferente para o calor específico.

Trocas de calor

Qcedido + Qrecebido = 0

Qcedido = - Qrecebido

- Dois corpos:

- Mais de dois corpos:

Q1+Q2+Q3+ ... +Qn = 0

Mudança de estado físico

Exercício:

1 Têm-se 20 g de gelo a -10o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20o C? Dados: c gelo = 0,5 cal /g. oC; c água = 1 cal /g. oC; é LF = 80 cal / g.

2 O gráfico representa o calor Q transferido para uma substância em função de sua temperatura T. A massa da substância é de 500 g. Qual o seu calor especifico, suposto constante?

0,4 J/ g oC0,8 J/ g oC1,0 J/ g oC1,2 J/ g oC1,6 J/ g oC

Curvas de estado

Substâncias que aumentam de volume na fusão.(maioria das substâncias)

Curvas de estado

Substâncias que diminuem de volume na fusão.(exceção)

Propagação de calor

- Condução;

- Convecção;

- Irradiação.

A propagação de calor acontece de três maneiras diferentes:

Propagação de calor

O calor passa de molécula a molécula; É próprio para os sólidos; Não ocorre no vácuo.

- Condução:

e

tTAKQ

..

Propagação de calor

Ocorre nos fluídos com o deslocamento de partículas. Não ocorre no vácuo.

- Convecção:

Propagação de calor

Quando o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Única que ocorre no vácuo.

- Irradiação:

Variáveis de estado:

- Pressão

- Volume

- Temperatura.

Condição: Baixa pressão e alta temperatura.

Estudo dos gases ideais.

Estudo dos gases ideais.

Equação de Clapeyron

Equação geral dos gases:

2

22

1

11 ..

T

VP

T

VP

TRnVP ...

Estudo dos gases ideais.

Isotérmica: Temperatura constanteTransformações

Isobárica: Pressão constante.Transformações Estudo dos gases ideais.

Isométrica: Volume constanteTransformações Estudo dos gases ideais.

TERMODINÂMICA

1º LEI DA TERMODINÂMICA:

Lei da conservação da energia.

UQ Adiabática: Sem troca de calor.

Transformação

Trabalho sob pressão constante

VpVVp if

Volume – m3 , pressão – N/m2 e temperatura em Kelvin, trabalho em Joules

2ª LEI DA TERMODINÂMICA

• O trabalho pode converter-se totalmente em calor, porém o calor não pode converter-se totalmente em trabalho

O calor passa espontaneamente dos corpos de maior temperatura para os de menor

temperatura

MÁQUINA TÉRMICA

Energia térmica Energia mecânica

21 QQ 1Q

FIM DA AULA