Termo compacto md01

TERMOLOGIA ENEM

COMPACTO

Professor Antonio Marcos

Termometria

• Conceitos básicos:

• Temperatura – É uma medida do grau de agitação das partículas de um corpo.

• Energia térmica – É a energia cinética das partículas que constituem o corpo, nos gases é chamada de energia interna.

• Calor – É a energia térmica em trânsito entre dois ou mais corpos de diferentes temperaturas.

Equilíbrio térmico

• O Calor flui naturalmente do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura

80° C 20°C

Equilíbrio térmico

• Após as trocas de calor os corpos tendem a estabelecer as mesmas temperaturas.

• Note que a temperatura de equilíbrio não deve ser necessariamente a média das temperaturas iniciais.

42°C 42°C

Escalas termométricas

P = 1atm

Equação de conversão das temperaturas

Relação entre as variações de temperatura

5

273

9

32

5

KFC TTT

595

KFC TTT

QUESTÃO 01 P. 01

QUESTÃO 02 P. 01

QUESTÃO 03 P. 02

QUESTÃO 04 P. 02

Calorimetria

• Calor Sensível – Provoca mudança de temperatura no corpo, sem modificar o estado físico.

Calor Sensível

• Q→Quantidade de calor(cal)

• m →massa da substância(g)

• c →calor específico(cal/g°C)

• Δθ →Variação de temperatura(°C)

• cÁgua = 1cal/g°C

• 1cal ≈ 4,18 joules

..cmQ

Calor Latente

• Provoca mudança de estado físico sem modificar a temperatura.

LmQ .

Curva de aquecimento da água

QUESTÃO 06 P.03

QUESTÃO 07 P.03

QUESTÃO 08 P.04

QUESTÃO 09 P. 04

Capacidade térmica (C)

• É a capacidade que um corpo possui de realizar trocas de calor mediante variação de temperatura.

• Sistema Diatérmico é aquele que permite as trocas de calor entre os corpos que separa. Tem capacidade térmica. Ex.: Vidro, plástico, alumínio, acrílico, etc.

• Sistema adiabático é aquele que impede as trocas de calor entre os corpos que separa. A capacidade térmica é desprezível.EX.: Isopor, Garrafa térmica, etc.

QC cmC .

Princípio Fundamental da calorimetria

• Em um sistema termicamente isolado(adiabático), a soma algébrica das quantidades de calor é nula.

QX + QA = 0

APLICAÇÕES I

APLICAÇÕES I

APLICAÇÕES I

APLICAÇÕES I

APLICAÇÕES II

APLICAÇÕES II

Dilatação Térmica:

Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia.

- Dilatação Linear

- Dilatação Superficial

- Dilatação Volumétrica

Entre elas temos:

Dilatação Linear (ΔL)

• É uma variação no Comprimento (L) dos corpos.

• ΔL; Lo → m

• α → °C-1

• Δθ → °C

ΔL = L - Lo

ΔL = Lo . α . Δθ

L =Lo.(1 + α. Δθ)

Dilatação Superficial

• É uma variação na Área(A) dos corpos.

ΔΑ =Ao.β.Δθ

ΔΑ =A -Ao

A =Ao.(1 + βΔθ)

ΔA;Ao→m² β → °C -1 Δθ → °C

Dilatação Volumétrica

• É uma variação no Volume(V) dos corpos.

ΔV=Vo.γ.Δθ

V=Vo(1+γ.Δθ)

ΔV = V-Vo ΔV;Vo→m³ γ → °C -1 Δθ → °C

Relação entre Coeficientes de dilatação

• A relação é válida apenas para corpos Isótropos:

• Daí decorre que :

• β=2α e que γ = 3α

321

Aplicações I

Aplicações I

Aplicações II

Dilatação dos líquidos

• É uma dilatação exclusivamente volumétrica

γReal = γRecipiente + γaparente

Dilatação aparente

Dilatação do recipiente

RECIPIENTEAPARENTEREAL VVV

Aplicações I

Comportamento anômalo da água

• Ao aquecer a água podemos observar que:

0°C a 4°C 4°C

d →máxima d →aumenta

Vol. →aumenta Vol.→diminui

4°C a 100°C

Vol. →mínimo

d →diminui

Por que os lagos se congelam só na

superfície?

• Suponha que a temperatura do ar seja diminuída de 20° C para 4° C. A água da superfície, que está em contato direto com o ar, esfria-se e fica mais densa que a água do fundo, como pode ser observado no gráfico da densidade. Esta diferença de densidade provoca a movimentação da água: sobe água “quente”(menos densa) e desce água “fria”(mais densa).

Aquecimento → Variação na Densidade(µ)

Processos de transmissão de calor

• Condução – É a propagação do calor através do meio

material sólido, transportando energia, sem, no entanto

transportar matéria. Ex.: Condutores metálicos

Fluxo de calor (ɸ)

Ocorre apenas nos processos de condução

A B

Espessura (e)

Área de secção transversal

Lei de Fourier

t

Q

e

AK ||.

Ф = Fluxo de calor (Cal/s)

Q=Quantidade de calor (Cal)

Δt=Variação de tempo (s)

K= Condutibilidade térmica (cal/s.m°C)

A= Área de secção transversal (m²)

e= espessura (m)

Convecção Térmica

É a propagação do calor no meio material fluido,

transportando energia e matéria. Ex.: Ar refrigerado,

chuvas convectivas, brisas marítimas e continentais.

Irradiação Térmica

É a propagação de calor através de ondas

eletromagnéticas, independendo do meio material. É

também o único processo que ocorre no vácuo. Ex.:

Luz solar, microondas, laser, raios X, ondas de rádio

e TV.

Garrafa térmica – Vaso de Dewar

Vácuo

Minimiza a propagação do calor por condução e convecção

Paredes duplas espelhadas

Minimizam a propagação do calor por irradiação

Atenção! O fato da parede ser sólida implica que além da redução das perdas de calor por irradiação, de forma direta, há uma redução das perdas por condução, de forma indireta.

Aplicações I – QUESTÃO 16 Uma menina deseja fazer um chá de camomila, mas

só possui 200g de gelo a 0°C e um forno de microondas cuja potência máxima é de 800W. Considere que a menina está ao nível do mar, o calor latente de fusão do gelo é de 80cal/g, o calor específico da água é 1cal/g°C e que 1 caloria vale aproximadamente 4J. Usando esse forno sempre em potência máxima, o tempo necessário para a água entrar em ebulição é:

a) 45s

b) 90s

c) 180s

d) 360s

e) 500s

Termodinâmica

V h

VP .

Área

FP

N

m²

J N/m² m³

ExpansãoτV 00

CompressãoτV 00

nuloτV 00

Transformações com pressão variável

2121 Área1212 Área

Transformações cíclicas

ciclociclo Área

Ciclo Horário → +

Ciclo Anti-Horário → -

QUESTÃO 22 O gráfico abaixo mostra as transformações sofridas por um gás

ideal. De acordo com as especificações abaixo e seus conhecimentos sobre transformações gasosas, é correto afirmar:

0

2

8

20 60 V(m3)

P(N/m2)

A B

C

I. O gás sofre uma expansão gasosa no trecho AB, cujo trabalho realizado pelo gás vale 80 joules. II. No trecho BC, o gás realiza trabalho sobre a vizinhança. III. No trecho CA, o gás não realiza trabalho. IV. O trabalho total no ciclo ABCA vale 120 joules. V. O gás utilizado no ciclo obedece às leis gerais dos gases.

a) Apenas I, II e III são corretas. b) Apenas II, IV e V são corretas. c) Apenas I, III e V são corretas.

d) Apenas I, III, IV e V são corretas. e) Apenas II, III e IV são corretas.

1ª Lei de termodinâmica

UQ Q Quantidade de Calor

Trabalho

U Variação da energia interna

TRnU ..2

3

Transformações gasosas

• 1. Isotérmica

• ΔU =0

QIsoterma

Transformações gasosas

• 2. Isobárica

• 3. Isocórica/Isovolumétrica

UQ

UQ

Transformações gasosas

• 4. Adiabática

• Importante!

U

Em todo gráfico cíclico ΔU=0

Máquinas térmicas

Essencialmente, convertem calor em trabalho mecânico.

Segunda Lei da Termodinâmica

• Enunciados: • Clausius : “O calor flui espontaneamente do ponto de

maior temperatura para o ponto de menor temperatura”. • Kelvin : “É impossível a uma máquina térmica converter

calor integralmente em trabalho”. • Carnot : “O funcionamento da máquina térmica se torna

possível ao utilizarmos duas fontes térmicas de diferentes temperaturas”.

Sistema termodinâmico

• Trabalho Rendimento Potência

Fonte Quente Máquina térmica Fonte fria

Q1 Q2

21 QQ

1Q

t

Admissão jeiçãoRe

Máquinas de refrigeração(Bombas de calor)

A Máquina absorve o calor Q2 de um reservatório frio e rejeita o calor Q1 para um reservatório quente. O trabalho realizado na bomba de calor é

12 QQ O trabalho é forçado !

||

2

Q

Nesses casos, o rendimento é medido como eficiência da máquina.

Ciclo de Carnot

• É um ciclo termodinâmico, reversível, ideal para máquinas térmicas, que se constitui basicamente de duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas.

1

21

O rendimento do ciclo de Carnot depende exclusivamente das temperaturas de suas fontes.

ENTROPIA DO UNIVERSO

Entropia do universo – É a degradação contínua de energia em um sistema físico que implica na desordem sistemática em função de suas perdas energéticas.

Os sistemas isolados tendem à desordem e a entropia é uma medida dessa desordem

ENTROPIA DO UNIVERSO

• A energia tende a se dispersar: “O ar quente dentro de um forno se dispersa quando a porta do forno é aberta”. “A energia das ligações químicas da madeira se degrada quando o material é queimado”.

• ENTROPIA, nada mais é, que o termo usado para descrever dispersão ou degradação de energia. A entropia, pode ser medida como a quantidade de desordem de um sistema.

MÓDULO 06 P. 158

MÓDULO 06 P. 162

MÓDULO 06 P. 170

2ª lei da termodinâmica.