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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.