A teoria do “calórico”(~1779) (Lavoisier e

Galileu)

Para atingir o estado de equilíbrio térmico,

T1 T2 T1 > T2

-Substância fluida- invisível- peso desprezível

T a quantidade de calóricoEsta teoria explicava um grande número de

fenômenos, mas não todos!

(A teoria do “calórico” x teoria cinética)

A teoria cinética venceu! (Bacon, Kepler, Bernoulli e Rumford)

Capacidade calorífica e calor específico

QC

T

C mc

1 cal = 4,184 J (14,5 oC p/ 15,5 oC)

1 Btu = 252 cal = 1,054 kJ

Cágua = 1 cal / g oC = 1 kcal / kg oC

= 1 kcal / kg K = 4,184 kJ / kg K

Cágua = 1 Btu/lb Fo

Q mc T

n

Cc , Mc

n

mc

n

Cc ,

Ex 18-1 Que quantidade de calor é necessária para elevar de 20 oC a temperatura de 3 kg de cobre?

Calorímetro: recipiente com água termicamente isolado

O calor liberado pelo corpo será:

icfccsai TTcmQ

0

0

iafrriafaaicfcc

entrasai

iafrriafaaentra

TTcmTTcmTTcm

QQ

TTcmTTcmQ

Chidrogênio = 3,4 cal/goC chélio = 1,25 cal/goC

Ex 18-2 Para medir o calor específico do chumbo, uma pessoa aquece 600 g de granalha de chumbo até a temperatura de 100 oC e depois coloca este conteúdo num calorímetro de alumínio com 200 g de massa, contendo 500 g de água, inicialmente a 17,3 oC. Se a temperatura final do conjunto for 20,0 oC, qual o calor específico do chumbo? (cAl = 900 J/kg K)

Sólidos, Líquidos e Gases

Substâncias na natureza

3 fases ou

estados

Sólida ou líquida ou

gasosa

Determinada pela T e p

Ex.: Nas condições ambientes (24 oC e 1 atm)

Fe (sólido) líquido (quando aumenta a T)H2O (líquida) gás (quando aumenta a T ou abaixa a p)

Quando uma substância passa de uma fase para outra, diz-se que houve uma mudança de fase ou de estado

Estudaremos as leis que descrevem o comportamento das substâncias ao mudarem de fase

ESTADO SÓLIDO

Devido a forte ligação: forma própria e resistência a deformação

Cristais

Uma mesma substância pode se apresentar em estruturas cristalinas diferentes

Fulerenos

C20+2m (m=0,2,3,...)

“Carbynes”

CCCC

CCCC

Poliênica

Cumulênica

“Onions”

Nanotubos

Amorfos – quando os átomos não estão distribuídos numa estrutura organizada (vidro, asfalto, plásticos, borracha, etc)

ESTADO LÍQUIDO

• Átomos estão mais afastados.• A força de ligação entre eles é mais fraca que nos sólidos• Existem pequenas translações dos átomos

Propriedades: -podem escoar- não oferecem resistência a penetração- tomam a forma do recipiente- átomos estão distribuídos aleatoriamente

ESTADO GASOSO ( já estudamos!)

Fornecendo ou retirando calor

Varia a agitação molecular kTEcinética2

3

A força de ligação entre os átomos é alterada

Acarretando modificações na organização e separação dos átomos

Ou seja, pode ocasionar uma mudança de fase

FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO

Leis da Fusão:

1) A uma dada pressão, a temperatura na qual ocorre a fusão (ponto de fusão) é bem determinada para cada substância.

2) Se um sólido se encontra em sua temperatura de fusão, é necessário fornecer calor a ele para que ocorra a mudança de estado. A quantidade de calor que deve ser fornecida, por unidade de massa, é denominada calor latente de fusão, que é característico de cada substância.

3) Durante a fusão, a temperatura do sólido permanece constante.

Pontos de fusão e calores latentes de fusão (à p = 1 atm)

Substância Ponto de fusão (o C) Calor latente (cal/g)

Platina 1775 27

Prata 961 21

Chumbo 327 5,8

Enxofre 119 13

Água 0 80

Mercúrio -39 2,8

Álcool etílico -115 25

Nitrogênio -210 6,1

- Estas leis valem apenas para sólidos cristalinos

- Nos amorfos a mudança de fase é gradativa (estados intermediários pastosos)

Ebulição

Leis da Ebulição:

1) A uma dada pressão, a temperatura na qual ocorre a EBULIÇÃO (ponto de ebulição) é bem determinada para cada substância.

2) Se um líquido se encontra em sua temperatura de ebulição, é necessário fornecer calor a ele para que o processo seja mantido. A quantidade de calor que deve ser fornecida, por unidade de massa, é denominada calor latente de vaporização, que é característico de cada substância.

3) Durante a ebulição, apesar de se fornecer calor ao líquido, sua temperatura permanece constante e o vapor que vai sendo formado encontra-se à mesma temperatura do líquido.

Pontos de ebulição e calores latentes de vaporização (à p =

1 atm)

Substância Ponto de fusão (o C) Calor latente (cal/g)

Iodo 184 24

Bromo 59 44

Hélio -269 6

Água 100 540

Mercúrio 357 65

Álcool etílico 78 204

Nitrogênio -196 48

VAPORIZAÇÃO

Duas maneiras:

1) por Evaporação - a passagem se faz lentamente, a qualquer temperatura. Ex.: secagem de uma roupa molhada

2) por Ebulição - passagem rápida, a uma temperatura bem determinada. Ex.: a p = 1 atm a água começa a ferver aos 100 oC.

Evaporação:

A qualquer temperatura ocorre agitação das moléculas (v variável)

As moléculas de maior velocidade deixam o líquido e as que sobram no líquido possuem v menor. a temperatura do líquido diminui.

Velocidade de evaporação:

1) Quanto maior a temperatura, maior a rapidez com que o líquido evapora, isto é, Q a t a v2 e maior será a probabilidade das moléculas escaparem da superfície livre do líquido;

2) Quanto maior for a área da superfície livre do líquido maior é a probabilidade das moléculas escaparem;

3) Com VENTO, seca mais rápido.

Já, com clima úmido, demora mais.

A energia necessária para fundir uma substância de massa m sem alterar sua temperatura é:

ff mLQ

onde Lf é o calor latente de fusão da substância

E, para vaporizar:vv mLQ

Ex 18-3 Qual a quantidade de calor necessária para transformar 1,5 kg de gelo a -20 oC e 1 atm em vapor?

627,6 kJ

500,2 kJ

61,5 kJ

3385,5 kJ

Taxa constante de 1 kJ/s

Ex 18-4 Um jarro de 2 litros, com limonada, foi colocado sobre uma mesa de piquenique, ao sol o dia inteiro, a 33 oC. Uma amostra de 0,24 kg de limonada é derramada numa xícara com dois cubos de gelo (cada um com 0,025 kg, a 0 oC). Considere que a xícara é feita com isolante térmico isopor. a) admitindo que não haja perda de calor para o ambiente, qual a temperatura final da limonada? b) qual seria a temperatura final se fossem colocados 6 cubos de gelo?

A experiência de Joule e a 1ª Lei da termodinâmica

É possível elevar a temperatura de um sistema fornecendo-lhe calor, ou também realizando um trabalho sobre ele

Pesos de 772 lb (1 lb = 4,4482 N) cada

Para aumentar 1 oF a uma distância de um pé (30,48

cm)

1 cal = 4,184 JEquivalente

mecânico do calor

Ex 18-5 Você deixa cair um recipiente com água, termicamente isolado, de uma altura h do solo. Se a colisão for perfeitamente inelástica e toda a energia mecânica se transformar em energia interna da água, qual deve ser a altura h para a temperatura da água aumentar de 1 oC?

mcT = mghh=426m

Q = 100 JW = 30 J

Eint = 70 J

Generalizando,

Eint = Q - Wsistema

Esta é a variação na quantidade de energia interna de um

sistema quando uma quantidade de calor é

absorvida ou cedida e um trabalho é realizado por este

sistema ou sobre ele.

1ª Lei da Termodinâmica

Ex 18-6 Realiza-se 25 kJ de trabalho sobre um sistema que consiste em 3 kg de água agitando-se essa áua por meio de uma roda de palhetas. Durante este período o sistema perde 15 kcal de calor devido a ineficiência do isolamento. Qual a variação da energia interna do sistema?

Trabalho positivo e Trabalho negativo

Se Vfinal > Vinicial (expansão); V>0; (T a +) T realizado pelo sistema

Se Vfinal < Vinicial (compressão); V<0; (T a -) T realizado sobre o sistema

Se Vfinal = Vinicial; V = 0; (T = 0) transformação isovolumétrica

A 1a Lei da Termodinâmica

Energia Interna (U) - Energia total existente no interior do sistema ou a soma de todas as energias que um corpo pode ter. Está relacionada diretamente com a temperatura!

Quando um sistema vai de um estado inicial à outro final ele troca energia com (absorve ou libera calor Q ou realiza ou é realizado sobre ele trabalho T)

U = Q - T

Quando uma quantidade de calor Q é absorvida (Q-) ou cedida (Q-) por um sistema, e um trabalho é realizado por este sistema (T+) ou sobre ele (T-) a variação de energia interna (U) do sistema é dada por U = Q - T

Exemplo 18-12 Compressão adiabática quase-estática de um gás

Uma certa quantidade de ar é comprimida através de um processoadibático quase-estático de uma pressão inicial de 1 atm e umvolume de 4 litros a 20 oC para a metade de seu volume original.Calcule (a) a pressão final, (b) a temperatura final e (c) o trabalhorealizado sobre o gás.