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Temperatura Calor 1º. Lei da Termodinâmica Criostatos de He 3 -272.85 C.

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1 Temperatura Calor 1º. Lei da Termodinâmica Criostatos de He C

2 Termodinâmica Energia Térmica Temperatura, Calor, Entropia... Máquinas Térmicas : Refrigeradores, ar-condicionados,...

3 Física Térmica NÚMERO DE PARTÍCULAS N>>1 Termodinâmica : Termodinâmica : –Análise Macroscópica –Fenomenológica Física Estatística Física Estatística –Análise Microscópica –Princípios físicos + estatística

4 Temperatura Sensação térmica Sensação térmica Energia térmica : Energia térmica : Energia interna : cinética + potencial átomos-moléculas

5 Equilíbrio Térmico Dois sistemas grandes em contato térmico Dois sistemas grandes em contato térmico Muitas configurações = divisão da energia térmica permitidas MAS UMA CONFIGURAÇÃO MUITO MAIS PROVÁVEL CONFIGURAÇÃO DE EQUILÍBRIO TÉRMICO descreve MUITO BEM as propriedades do sistema CONFIGURAÇÃO DE EQUILÍBRIO TÉRMICO descreve MUITO BEM as propriedades do sistema Parâmetro que se iguala na configuração de equilíbrio térmico: Parâmetro que se iguala na configuração de equilíbrio térmico: TEMPERATURA

6 Temperatura Temperatura fundamental Temperatura fundamental Unidade: energia g=n o. estados acessíveis Temperatura absoluta – termodinâmica : Temperatura absoluta – termodinâmica : Unidade: Kelvin K: constante de Boltzmann Zero Absoluto Escalas de temperatura : Celsius, Fahrenheit Escalas de temperatura : Celsius, Fahrenheit

7 Temperatura

8 Lei Zero da Termodinâmica Sistemas : A, B e T Sistema T : parâmetro Temperatura T T =T A e T T =T B T A =T B SE: T i > T j Fluxo de energia de i para j Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles devem estar em equilíbrio térmico entre si. Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles devem estar em equilíbrio térmico entre si.

9 Medida da Temperatura Propriedades físicas que dependem de T: Propriedades físicas que dependem de T: Pressão de gases Volume de gases e líquidos Dimensões de sólidos Resistência elétrica...

10 Escalas de Temperatura Define um único conjunto de P, V e T T 3 atribuído por acordo internacional: T 3 = 273,16 K Célula de ponto triplo Referência: PONTO TRIPLO DA ÁGUA Referência: PONTO TRIPLO DA ÁGUA

11 Escalas de Temperatura Kelvin, Celsius, Fahrenheit Celsius: T 3 =0,01 o C - T=1K=1 o C Fahrenheit : T 3 =32,02 o F - T=5K=9 o F

12 Dilatação térmica Aumento de T aumento da separação média entre átomos do sólido Expansão linear: Coeficiente de expansão linear:

13 Dilatação térmica Furo aumenta ou diminui com T ? = Ampliação fotográfica : Furo aumenta.

14 Dilatação térmica Expansão volumétrica : Coeficiente de expansão volumétrica: Exemplo: CUBO

15 Dilatação térmica

16 Expansão térmica Aplicação : termostato contato elétrico

17 Expansão Térmica Coeficiente de dilatação anômalo da água Coeficiente de dilatação anômalo da água Densidade:

18 Exemplo Um fio de aço com 130 cm de comprimento e 1,1 mm de diâmetro é aquecido a C e conectado a dois suportes. Qual a força gerada no fio quando ele é resfriado a 20 0 C ? aço = / 0 C E aço =200x10 9 N/m 2.

19 Calor e Temperatura T c > T ambiente energia Corpo perde energia interna transferida para ambiente T c < T ambiente energia Corpo ganha energia interna cedida pelo ambiente T c = T ambiente Não há transferência de energia

20 Calor e Temperatura Energia transferida = CALOR = Q T c > T ambiente energia Corpo perde energia interna transferida para ambiente T c < T ambiente energia Corpo ganha energia interna cedida pelo ambiente

21 Absorção de Calor Capacidade de absorçãodepende do sistema Em geral, resulta em aumento de T Capacidade Calorifica Calor Específico Só depende do material e das condições p cte, V cte

22 Calor específico

23 Unidades CALOR = ENERGIA CALOR = ENERGIA [Q] = Joule 1 cal = 4,1868 J : Calor necessário para aumentar T de 1 g de aumentar T de 1 g de água de 14,5 15,5ºC água de 14,5 15,5ºC Calor específico Calor específico [c] : J/(kg.K) : cal /(g. o C)

24 Transformação de FASE Temperatura não varia durante mudança de estado Requer energia : Q sólido líquido gasoso FUSÃO VAPORIZAÇÃO Q Q QQ

25 Transformação de FASE Calor Absorvido/Liberado na mudança de fase por unidade de massa Calor de Transformação Requer energia : Q sólido líquido gasoso FUSÃO VAPORIZAÇÃO Q Q QQ

26 Calor de Transformação

27 Exemplo Qual a quantidade de calor necessária para transformar 720 g de gelo inicialmente a C em água a 15 0 C? c ice = 2220 J/Kg, L F = 333 J/kg, c lig = 4190 J/kg Q1Q1 Q2Q2

28 Calor e Trabalho CALOR: Energia transferida por contato térmico Q : Calor recebido pelo sistema TRABALHO: Energia transferida por variação dos parâmetros externos do sistema W : trabalho realizado pelo sistema ENERGIA INTERNA DO SISTEMA: Cinética+potencial dos graus de liberdade internos E int : PROPORCIONAL A TEMPERATURA

29 Calor e Trabalho Q : Calor recebido pelo sistema W : trabalho realizado pelo sistema E int : ENERGIA INTERNA DO SISTEMA: CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 1º. LEI DA TERMODINÂMICA

30 Calor e Trabalho TRABALHO - FLUIDO

31 Trabalho Gás ideal i f Qual caminho ? Área curva no diagrama p-V

32 Processos Adiabáticos Sistema isolado OU Processo muito rápido Expansão adiabática : W>0 : E i <0 : Temperatura diminui Não há transferência de calor Compressão adiabática : W 0 : Temperatura aumenta

33 Processos isométricos Volume CTE Gás aborve calor : Q>0 : E i >0 : Temperatura aumenta Gás libera calor : Q<0 : E i <0 : Temperatura diminui

34 Processos Cíclicos Estados inicial e final = iguais Curvas fechadas T inicial e final = iguais E int inicial e final = iguais

35 Expansão Livre Temperatura do gás NÂO varia Não pode ser realizada lentamente : processo súbito : estados intermediários não são de equilíbrio : Não podemos desenhar trajetória em diagrama p-V Expansão adiabática sem realização de trabalho

36 Primeira Lei da Termodinâmica Resumo

37 Exemplo Deve-se converter 1 kg de água a em vapor d´água na mesma temperatura numa pressão p = 1,01x10 5 N/m 2. O volume da água varia de 1,0 x10 -3 m 3 quando liquido para 1,671 m 3 em gás. Qual o trabalho realizado pelo sistema? Qual a variação da energia interna do sistema ?

38 Transferência de calor Condução Condução Conveção Conveção Radiação Radiação

39 Condução Energia térmica transferida átomo átomo

40 Condução k : condutividade térmica do material R : resistência térmica à condução de calor : Taxa de condução: Calor transferido por unidade de tempo: Placa com faces de área A e espessura L mantidas em T H e T c

41 Condução

42 Placa composta em estado estacionário : H 1 = H 2 = H Resistências térmicas em série se somam Condução

43 Conveção Brisa do mar

44 FLUIDOS : variação da temperatura variação da densidade movimento do fluido : Correntes de convecção Conveção

45 Radiação Calor absorvido/liberado por absorção/emissão de ondas eletromagnéticas Única transferência de calor no vácuo SOL Terra

46 Radiação Taxa de radiação de térmica : Potência térmica Lei de Stefan- Boltzmann = 5,6703x10 -8 W/m -2 K -4 : Cte de Stefan-Boltzmann : emissividade : 0 1 (1 = corpo negro) T : PRECISA estar em K

47 Radiação Potência térmica irradiada Potência térmica absorvida Taxa líquida de troca de energia de um corpo em T num ambiente em T amb Emissão vs Absorção


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