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A teoria do calórico (~1779) Para atingir o estado de equilíbrio térmico, T1T1 T2T2 T 1 > T 2 -Substância fluida - invisível - peso desprezível T quantidade.

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1 A teoria do calórico (~1779) Para atingir o estado de equilíbrio térmico, T1T1 T2T2 T 1 > T 2 -Substância fluida - invisível - peso desprezível T quantidade de calórico Esta teoria explicava um grande número de fenômenos, mas não todos! Capacidade calorífica e calor específico 1 cal = 4,184 J (14,5 o C p/ 15,5 o C) 1 Btu = 252 cal = 1,054 kJ C água = 1 cal / g o C = 1 kcal / kg o C = 1 kcal / kg K = 4,184 kJ / kg K C água = 1 Btu/lb F o

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3 Ex 18-1 Que quantidade de calor é necessária para elevar de 20 o C a temperatura de 3 kg de cobre? Calorímetro: recipiente com água termicamente isolado O calor liberado pelo corpo será: Ex 18-2 Para medir o calor específico do chumbo, uma pessoa aquece 600 g de granalha de chumbo até a temperatura de 100 o C e depois coloca este conteúdo num calorímetro de alumínio com 200 g de massa, contendo 500 g de água, inicialmente a 17,3 o C. Se a temperatura final do conjunto for 20,0 o C, qual o calor específico do chumbo? (c Al = 900 J/kg K)

4 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 o C e 1 atm) Fe (sólido) líquido (quando aumenta a T) H 2 O (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

5 Uma mesma substância pode se apresentar em estruturas cristalinas diferentes Fulerenos C 20+2m (m=0,2,3,...) Carbynes Poliênica Cumulênica Onions Nanotubos

6 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!)

7 Fornecendo ou retirando calor Varia a agitação molecular 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

8 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) SubstânciaPonto de fusão ( o C)Calor latente (cal/g) Platina Prata96121 Chumbo3275,8 Enxofre11913 Água080 Mercúrio-392,8 Álcool etílico Nitrogênio-2106,1 - Estas leis valem apenas para sólidos cristalinos - Nos amorfos a mudança de fase é gradativa (estados intermediários pastosos)

9 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) SubstânciaPonto de fusão ( o C)Calor latente (cal/g) Iodo18424 Bromo5944 Hélio Água Mercúrio Álcool etílico78204 Nitrogênio-19648

10 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 o C. 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 t v 2 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.

11 A energia necessária para fundir uma substância de massa m sem alterar sua temperatura é: onde L f é o calor latente de fusão da substância E, para vaporizar: Ex 18-3 Qual a quantidade de calor necessária para transformar 1,5 kg de gelo a -20 o C e 1 atm em vapor? Ex 18-4 Um jarro de 2 litros, com limonada, foi colocado sobre uma mesa de piquenique, ao sol o dia inteiro, a 33 o C. 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 o C). 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? 627 kJ 500 kJ 61,5 kJ 3390 kJ

12 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 cada Para aumentar 1 o F a uma distância de um pé (30,48 cm) 1 cal = 4,184 J Equivalente 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 o C? mc T = mgh h=426m

13 Q = 100 J W = 30 J E int = 70 J Generalizando, int = Q - W sistema 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. Ex 18-6 Realiza-se 25 kJ de trabalho sobre um sistema que consiste em 3 kg de água agitando-se essa água 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? 1ª Lei da Termodinâmica


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