TERMODINÂMICA. Prof. Otávio Castellani

Transcrição

1 TERMODINÂMICA Prof. Otávio Castellani

2 TERMODINÂMICA Termo + Dinâmica Calor movimento Ramo da Física F que estuda os fenômenos relacionados ao aquecimento e resfriamento dos corpos.

3 TEMPERATURA Grandeza associada ao nível de agitação das partículas de um corpo. Portanto quanto maior a temperatura maior o estado de agitação. Menor temperatura Maior temperatura

4 Calor Energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro, quando háh diferença a de temperatura entre eles. Após s um intervalo de tempo, as temperaturas se igualam : Equilíbrio Térmico

5 Termômetros: São os instrumentos usados na determinação da temperatura de um corpo Termômetros para ambientes Termômetros industriais Termômetro clinico

6 Escalas termométricas tricas Celsius Fahrenheit Kelvin Anders Celsius ( ) Daniel Gabriel Fahrenheit ( ) William Thomson ( )

7 ESCALA TERMOMÉTRICA TRICA Toda escala de medida necessita de dois pontos fixos, que são valores de referência desta escala. Gelo em fusão Água em ebulição

8 CONSTRUÇÃO DE UMA ESCALA QUALQUER X Y X2 Y2 X Y X X1 X 2 X1 = Y Y1 Y 2 Y1 X1 Y1

9 Conversão entre as escalas: Equação de conversão entre as escalas C F T TC TF 32 T = = K Simplificando os denominadores Por 20: T C 5 = T F 32 T = 9 K 273 5

10 VARIAÇÃO ENTRE ESCALAS C F T T C 5 T F T K 9 5

11 ZERO ABSOLUTO: ZERO KELVIN MENOR ESTADO TÉRMICO. T PONTO DE ENERGIA MÍNIMAM T T C = K 5 T C T = K 5 T = 273 C 273 O 273 C T C = 0 273

12 As dimensões de um corpo aumentam quando ele é aquecido e diminuem quando ele é esfriado. Aquecimento Maior agitação molecular Acréscimo nas Amplitudes de vibração Ampliação macroscópica das dimensões do corpo

13 L = L L 0 L = L.. 0 α θ

14 ONDE: - α é o coeficiente coeficiente de dilatação térmica linear do material que constitui o corpo. Unidade: [α]] = [ T ] -1 Exemplo: o C 1 - Grau Celsius recíproco

15

16 S = S S 0 S = S.. 0 β θ

17 ONDE: - β é o coeficiente coeficiente de dilatação térmica superficial do material que constitui o corpo. Unidade: [β]] = [ T ] -1 β=2 α

18 V = V V = V.. 0 V 0 γ θ

19 ONDE: - γ é o coeficiente coeficiente de dilatação térmica volumétrica do material que constitui o corpo. Unidade: [γ]] = [ T ] -1 γ=3 α

20

21 Lockheed SR-71 - Blackbird

22 - A água apresenta uma dilatação diferente do comum no intervalo de temperatura de 0 C 0 C a 4 C. 4 - A água aquecida de 4 C 4 C a 100 C, ela aumenta seu volume como qualquer outra substância.

23 Aquecida de 0 C 0 C a 4 C, 4 contrai-se, atingindo volume mínimo m aos 4 C. 4

24 Condução Térmica A propagação de energia se dád através s de choques entre as moléculas que constituem o material, sem que haja transporte de matéria.

25 Convecção Térmica - A convecção é o processo de transmissão do calor que ocorre no estado líquido l ou gasoso. Caracteriza-se por movimentos ascendentes de massas de menor densidade, coordenados com movimentos descendentes de massas de maior densidade. - Esse processo explica a formação de ventos e correntes marítimas. Nas geladeiras, ele é responsável por transportar o calor retirado dos alimentos até o congelador e também m pelo deslocamento das massas de ar frio para as partes mais baixas do interior da geladeira.

26

27

28

29 Brisa litorânea: De dia, o ar junto à areia se aquece e, por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a água. Assim, forma-se a brisa que sobra do mar para a terra, a brisa marítima. À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.

30

31

32 Irradiação Térmica - É a emissão de energia (calor) através s de ondas eletromagnéticas. ticas. A quantidade de calor transmitida pela radiação depende da temperatura, ou seja, podemos dizer que a radiação de calor cresce com o aumento da temperatura do corpo. A radiação depende também m da pigmentação. Objetos de cor escura são melhores absorvedores e irradiadores de calor. - É o único processo de transmissão de calor que não precisa de um meio material para se propagar.

33

34

35

36 CALORIMETRIA Parte da Termodinâmica que mede a quantidade de energia térmica t transferida.

37 Capacidade Térmica Q C = T Mede a quantidade de calor recebida ou cedida dentro de uma determinada variação de temperatura.

38 Q = C. T C = mc. c é o Calor específico da substância. É uma propriedade desta. Determina a quantidade de calor necessária para variar de 1 o C a massa de 1 g da substância. Q = mc.. T

39 EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA Q = mc.. T Quantidade de Calor Sensível Quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo, sem alteração do seu estado físico (mudança de fase)

40 c =1cal / g. H 2 O o C Exemplo: Cedendo cal a 2 litros de água Q = mc.. T T = 2000x 1x T = 50 o C

41 Exemplo: Cedendo cal a g de uma substância com: c = 0,4 cal / g. o C Q = mc.. T = 2000x 0, 4 T =125 o C x T

42

43 Quantidade de Calor Latente Quantidade de calor necessária para alterar o estado físico f de um corpo. Q = ml.

44 O Calor Latente L é uma característica de cada substância. L = L fusão solidifica ção L = vaporização L liquefação L L Exemplo: Água fusão vaporizaçã o = 80cal / g L = 80 solidificação = 540cal / g L = 540 liquefação cal / g cal / g

45 Sinais da Quantidade de Calor Q>0 Corpo recebe calor Q<0 Corpo cede calor

46

47 Diagrama de Fases Exemplo: Água líquida em Marte? T = -63 o C e P atm = 0,07 atm

48 A troca de calor ocorre somente entre os componentes do sistema. Não háh troca de calor para o meio externo. Calorímetro - Aparelho que mantém m o sistema termicamente isolado.

49 Princípio das trocas de calor Se o sistema for termicamente isolado: ΣQ = 0

50 Expansão Compressão W (+) W (-) Calor realizando trabalho 1 ª Lei da Termodinâmica

51 A pressão de um gás g s contido num recipiente deve-se às s colisões que as moléculas efetuam contra as paredes do recipiente. p = F Área F = p. Área

52 W = F. d W = p. Área. d d F W = p. V

53 Expansão do GásG pressão B Compressão do Gás pressão B A A volume volume W = +Área W = Área

54 1 a Lei da Termodinâmica (Conservação da Energia) Q = U+W d F ou U=Q-W

55 U = Q - W Onde: Q Quantidade de Calor W Trabalho U Variação da energia interna

56 U = Q - W U > 0 T aumenta U < 0 T diminui U = 0 T constante Q > 0 recebe calor Q < 0 perde calor Q = 0 adiabática W> 0 expansão Perde E M W < 0 compressão Ganha E M W= 0 Isométrica

57 É uma transformação no qual o gás g retorna para a situação inicial.

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69