Unidade UmDo Sol ao

Aquecimento

A energia no aquecimento/arrefeci

mento de sistemas

Termodinâmica

A Termodinâmica baseia-se em dois grandes princípios fundamentais,

de base experimental.

Existe a Lei Zero que foi formulada depois da primeira e da segunda.

Lei zero da Termodinâmica

Dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.

Equilíbrio Térmico. Paredes diatérmicas e adiabáticas

Uma maneira de impedir que um sistema atinja o equilíbrio térmico com outro sistema ou com a sua vizinhança consiste em isolá-lo termicamente.Consegue-se revestindo o sistema com um material isolador térmico. Uma fronteira isoladora térmica chama-se fronteira adiabática. O oposto de fronteira adiabática é uma fronteira condutora térmica (diatérmica)

Capacidade térmica mássica e capacidade térmica

A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual à quantidade de calor que é necessário fornecer à unidade de massa da substância para elevar a sua temperatura de um grau Celsius.A capacidade térmica de um corpo é numericamente igual à quantidade de calor que é necessário fornecer ao corpo para elevar a sua temperatura de um grau Celsius.

Mecanismos de transferência de calor

Condução – A energia é transferida ao longo do material (sólido), de zonas de maior temperatura para zonas de menor temperatura. Não há transporte de matéria.

Convecção – A energia é transferida devido ao deslocamento das partículas que constituem o material (líquido ou gás). A variação de temperatura altera a densidade do material; o fluido menos denso sobe e o mais denso desce, gerando correntes de convecção.

Bons e Maus CondutoresA capacidade de transferir energia

depende da natureza dos materiais que se classificam como:•Bons condutores – condutividade

térmica elevada; elevado potencial de transferência de energia como calor.

•Maus condutores – Condutividade térmica baixa.

Energia transferida A quantidade de energia

transferida (Q) por unidade de tempo (t) ao longo de um corpo depende:•Da condutividade térmica do material (K)•Da sua área (A)•Da diferença de temperatura entre as

extremidades ()•Da espessura (L)

Potência transferidaA expressão que permite calcular a Potência

Transferida ao longo de um material é:

..

..

AUPLAKP

tQP O cálculo de qualquer potência envolve

energia por unidade de tempo

A expressão deve incluir as variáveis de que depende a energia transferida por

condução

Fazendo U = K/L

Potência transferida

U – coeficiente de condutividade (transmissão) térmica (K/L) de unidades Wm-2K-1

A – área do condutor - diferença de temperatura entre as extremidades

..AUP

Condutividade Térmica (K)

O valor da condutividade térmica mede a rapidez com que se efectua a transferência de

calor por condução e, portanto, permite distinguir os bons dos maus condutores.

A condutividade térmica é a quantidade de calor que atravessa, por segundo, a espessura de 1m entre duas superfícies paralelas de 1 m2 de área,

quando a diferença de temperatura é de 1ºC.

Condutividade Térmica (K)

Verificamos que os metais são bons condutores de calor

Materiais como o vidro, a madeira e o ar são maus condutores

Materiais como a fibra de vidro, o poliuretano ou poliéster são maus condutores e podem, por isso, ser usados como isoladores (por exemplo nas habitações)

Material K (J/(s.m.K)Prata 427

Cobre 397

Alumínio 238

Ferro 80

Vidro 0,8

Água 0,6

Madeira 0,08

Espuma de poliestireno 0,033

Ar 0,023

Colectores solares e Painéis fotovoltaicos

A radiação solar pode ser utilizada para fins de aquecimento através dos colectores solares ou

para produzir energia eléctrica, através

dos painéis fotovoltaicos.

Colectores Solares

Os colectores solares são uma placa absorsora que “acumula” calor que

transfere (condução) para a água que circula em tubos que se encontram

“colados” à placa absorsora.

Painéis fotovoltaicos

Os painéis fotovoltaicos são constituídos por várias células fotovoltaicos que convertem a energia radiante em energia eléctrica.

As células são constituídas por dois materiais diferentes; ao receber a radiação solar, um dos materiais liberta electrões que são recebidos pelo outro, produzindo uma corrente eléctrica (fluxo de electrões)

1ª Lei da TermodinâmicaA energia interna de um sistema pode variar tanto pela realização de trabalho como pela ocorrência de um fluxo de

calor, como ainda por efeito da radiação

RQWE int

2ª Lei da Termodinâmica

Numa transformação espontânea ocorre aumento da entropia do Universo

Uma máquina térmica traduz a aplicação da 2ª Lei da Termodinâmica.

As máquinas térmicas permitem transformar calor em trabalho

Entropia

A entropia é a medida da desordem de um sistema. Sempre que a energia se transforma espontaneamente de uma forma para outra,

o sentido da transformação é o de menor para maior desordem, ou seja, o do aumento

da entropia.

Mudanças de estado físico

Sólido Líquido Gasoso

Fusão Vaporização

Solidificação

Liquefacção

Sublimação

Sublimação

Mudanças de Estado Físico

A Fusão é a passagem de uma substância do estado sólido ao estado líquido. Realiza-se fornecendo energia ao sólido.

A Solidificação é a transformação de um líquido num sólido. Realiza-se retirando energia ao sólido.

A Fusão e a Solidificação de uma substância pura efectuam-se a uma temperatura característica – temperatura de fusão ou ponto de fusão – que permanece constante durante todo o processo de mudança de estado.

Mudanças de Estado Físico

A energia fornecida ou retirada ao corpo provoca

apenas a variação da energia interna do corpo.

Mudanças de Estado Físico

A Vaporização é a passagem de uma substância do estado líquido ao estado gasoso. Realiza-se fornecendo energia ao líquido.

A Liquefacção é a transformação de um vapor num líquido. Realiza-se retirando energia ao vapor.

A vaporização e a liquefacção de uma substância pura efectuam-se a uma temperatura determinada que permanece constante durante todo o processo de mudança de estado. Essa temperatura, à pressão atmosférica normal, designa-se por temperatura de ebulição normal ou ponto de ebulição.

Calor Latente de Fusão ou Variação da Entalpia

Mássica na Fusão É a quantidade de calor que é

necessário fornecer à unidade de massa (1kg) da substância no estado sólido, à temperatura de fusão, para a transformar em líquido à temperatura de fusão; toda a transformação se efectua à temperatura de fusão e à pressão normal.

Calor Latente de Vaporização ou Variação da Entalpia Mássica na

Vaporização É a quantidade de calor que é

necessário fornecer à unidade de massa (1kg) da substância no estado líquido, à temperatura de ebulição, para a transformar em vapor à temperatura de ebulição; toda a transformação se efectua à temperatura de ebulição e à pressão normal.