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BC0205 Gustavo M. Dalpian Expansão Térmica, Calor Específico e Calor Latente

Expansão Térmica, Calor Específico e Calor Latentedalpian.ufabc.edu.br/ft/aula_3.pdf · De acordo com nossa convenção Fusão Q >0 Solidificação Q < 0 Vaporização Q

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BC0205Gustavo M. Dalpian

Expansão Térmica,Calor Específico e Calor

Latente

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Expansão Térmica• Fenômeno físico: o volume de uma substância aumenta com o

aumento da temperatura

• Muito importante para aplicações em engenharia

• Deve ser levada em consideração na construção de edifícios, estradas, viadutos, na confecção de resinas para restauração dentária, funcionamento de motores a explosão, etc. ...

Lâmina bimetálica

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Expansão Térmica: Origem Microscópica

Vibrações !!

A distância média entre os átomos aumenta com a temperatura

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DefiniçõesExpansão Linear: ΔL = Lf – Li = αLi ΔT

Expansão Volumétrica ΔV = Vf – Vi = βVi ΔT

Expansão Superficial ΔA= Af – Ai = γΑi ΔT

β = 3α γ = 2α

Para deduzir as relações abaixo use, e.g. o caso superficial, ΔA = (x + i δx) (y + j δy) com δx=αxΔT e análogo para y. i e j sao vetores unitários, considere que i⋅j=0

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Comportamento anômalo da água

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Calor: DefiniçãoCalor é a quantidade de energia transferida entre o sistema e o seu ambiente quando existe um ΔT entre eles.

Ate o século XIX acreditava-se na existência do calórico, uma entidade elementar.

Podemos transferir calor para um sistema somente em duas situações bem definidas:

Quando existe uma diferença de temperatura e/ou; Quando realizamos trabalho sobre ele.

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Calor: Definição

Sistema perde calor/energia

Não ha troca de calor

Sistema ganha calor/energia

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Transferência de CalorCapacidade Calorífica: Quantifica a quantidade de calor transferida (de ou para) para o sistema.

Q = C ΔT

C define a proporcionalidade entre a quantidade de calor transferida e a variação de temperatura do corpo

Quais materiais possuem um C grande ?Quais possuem um C pequeno?

ΔT= Tfinal - Tinicial

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Capacidade Calorífica

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Calor EspecíficoQ=CM ΔT

Unidades ? cal/g K ≡ cal/g⋅C° ≡ J/kg⋅C°

Calor Específico Molar

Unidades ? cal/mol KQ=CM ΔT

1 mol = 6,02 X 1023 unidade elementares de qualquer substância

1 Cal aumenta a temperatura de 1g de água em 1°C de 14,5°C a 15,5 °C1 BTU aumenta a temperatura de 1lb de água em 1°F de 63°F a 64°F

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Calor Específico

• SOLIDOS E LÍQUIDOS = Supomos que a amostra está sob pressão constante (geralmente atmosférica) durante a transferência.

O calor específico definido a volume constante definido e a pressão constante varia muito pouco para sólido e líquidos.

• GASES = Têm valores bem distintos para seus calores específicos (CV e CP).

Condições pre Definidas: V constante ou P constante

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Calor de Transformação Calor de Transformação: É a quantidade de energia por unidade de massa transferida sob a forma de calor que resulta somente na mudança de fase de uma amostra.

Q = LmUnidades ? cal/g ≡ cal/g ≡ J/kg

Calor de fusão da água LF = 79,5 cal/g

Não há variação de temperatura durante a mudança de estadoDe acordo com nossa convenção

Fusão Q >0Solidificação Q < 0Vaporização Q > 0

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ExercícioExercício 4: Que quantidade de calor deve ser absorvida por uma massa de gelo de 720g a –10oC para transformá-la em água líquida a 15oC? Esboce um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor Q para essa transformação. Se fornecermos ao gelo uma energia total de apenas 210kJ sob a forma de calor, quais são o estado e a temperatura final? Dados: calor de fusão do gelo 80cal/g, calor específico do gelo 0,5cal/g oC e calor específico da água 1cal/g oC.

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Dependência com TEm geral, o calor específico pode variar conforme o intervalo de temperaturas em que se aquece ou resfria a substância, sendo portanto uma função da temperatura “c(T)”.

Considerando que a substância recebe uma quantidade infinitesimal dQ de energia, sua temperatura sofrerá uma variação infinitesimal dT e a capacidade térmica e o calor específico e se escrevem como:

A quantidade de energia transferida sob a forma de calor é: