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Física Geral e Experimental II Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado.

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1 Física Geral e Experimental II Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado em Engenharia Elétrica Aula 9 Temperatura, Calor, Lei Zero da Termodinâmica, Dilatação Térmica, Termometria IPAUSSU-SP 2012

2 Termologia É o estudo dos fenômenos térmicos que envolvem calor e temperatura. São exemplos:

3 Calor e Temperatura Temperatura: é uma medida proporcional à energia cinética média das moléculas de um material. Está relacionada à sensação térmica provocada no contato com este material. Calor: é a energia térmica que flui de um corpo para outro enquanto há diferença de temperatura entre eles.

4 Lei Zero da Termodinâmica Se 2 corpos A e B estão, separadamente, em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si. OBS: equilíbrio térmico = mesma temperatura

5 Escalas Termométricas Existem 5 escalas termométricas, 3 mais conhecidas e empregadas na atualidade: Celsius(  C), Fahrenheit (  F), Kelvin (K), Rankine (  Ra) e Reamur (  R).

6 Exemplos 1) Converta as temperaturas: a)300K em  Fb) 20  C em K c) 52  F em  Cd) 303K em  C e) 70  R em  Ff) 550  Ra em  C 80,6°F293K 11,11°C 30°C 189,5°F 32,2°C

7 Exemplos 2) (a) Em 1964, a temperatura da aldeia de Oymyakon, na Sibéria, chegou a -71  C. Qual é o valor desta temperatura na escala Fahrenheit? (b) A maior temperatura registrada oficialmente nos EUA foi 134  F, no Vale da Morte, Califórnia. Qual é o valor desta temperatura na escala Celsius? 3) Em que temperatura a leitura na escala Fahrenheit é igual (a) a duas vezes a leitura na escala Celsius e (b) a metade da leitura na escala Celsius?

8 Em países onde os invernos são rigorosos, muitas pessoas deixam suas torneiras gotejando para não permitir que a água contida no encanamento se congele, devido ao pequeno fluxo, e os canos arrebentem. Do mesmo modo, nas encostas rochosas desses países, com a chegada do inverno, as águas que se infiltraram nas rachaduras congelam-se e aumentam de volume, provocando um desmoronamento. Comportamento Anômalo da Água

9 Ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma dilatação térmica. Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0 0 C a 4 0 C, contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira: no estado sólido, os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em consequência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto macroscópico). Comportamento Anômalo da Água

10 Quando a água é aquecida de 0 o C a 4 o C, as ponte de hidrogênio rompem-se e as moléculas passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim, uma contração. Portanto, no intervalo de 0 o C a 4 o C, ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de volume. Mas, de 4 o C a 100 o C, a água dilata-se normalmente. Comportamento Anômalo da Água

11 Termômetros São dispositivos construídos para medir a temperatura. Podem ser: de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, de resistência elétrica, bimetálico, de pressão de gás, laser e infravermelho.

12 Dilatação Térmica A matéria quando aquecida, dilata-se, aumentando suas dimensões físicas.

13 Dilatação Térmica

14 Água 1, Mercúrio 1, Glicerina 4, Benzeno 10, Álcool etílico 11, Acetona 14, Petróleo Exemplos de valores de coeficiente de dilatação linear:

15 Exemplo 1) (Halliday, p.190) Em um dia quente em Las Vegas um caminhão tanque foi carregado com 37000L de óleo diesel. Ele encontrou tempo frio ao chegar a Payson, Utah, onde a temperatura estava 23K abaixo da temperatura de Las Vegas, e onde ele entregou a carga. Quantos litros foram descarregados? O coeficiente de dilatação volumétrica do óleo diesel é, e o coeficiente de dilatação linear do aço de que é feito o tanque do caminhão é.

16 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor absorvido = Temperatura aumenta = Quente Calor perdido = Temperatura diminui = Frio Calor específico sensível (c) Calor Latente (L) Capacidade Térmica (C) É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, sem que haja mudança de estado. É uma grandeza que está associada a um CORPO. É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, durante a mudança de estado (não há mudança de temperatura). Q  calor m  massa c  calor específico  T  variação da temperatura Q  calor m  massa c  calor específico C  capacidade térmica  T  variação da temperatura Q  calor m  massa L  calor latente

17 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor específico sensível (c) É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, sem que haja mudança de estado. OBS: unidades para calor cal (caloria) ou J(Joule) 1 cal = 4,18J Substância Intervalo de temperatura de validade do calor específico sensível Calor específico em cal/g.ºC Platina 0  C  C 0,030 Chumbo 0  C  C 0,031 Mercúrio 0  C  C 0,033 Prata 0  C  C 0,056 Cobre 0  C  C 0,094 Níquel 0  C  C 0,100 Ferro 0  C  C 0,110 Silício 0  C  C 0,180 Alumínio 0  C  C 0,220 Querosene 0  C  C 0,510 Prata 0  C  C 0,560 Álcool 0C0C 0,580 Água 14,5  C - 15,5  C 1,000 Amônia 20  C 1,120

18 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor Latente (L) É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, durante a mudança de estado (não há mudança de temperatura). SubstânciaPonto de fusão (°C) água0 álcool-114 alumínio659 cloreto de sódio800 cobre1 083 chumbo327 enxofre119 Substância Calor latente de fusão (cal/g) água80 álcool25 alumínio95 cloreto de sódio124 cobre49 chumbo6 enxofre119 estanho14

19 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor Latente (L) É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, durante a mudança de estado (não há mudança de temperatura). SubstânciaPonto de fusão (°C) estanho232 ferro1 535 mercúrio-39 nitrogênio-210 ouro1 063 oxigênio-219 prata961 zinco419 Substâncialatente de fusão (cal/g) ferro64 hidrogênio14 mercúrio2,7 nitrogênio6,1 ouro15 oxigênio3,3 prata21 zinco24

20 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor Latente (L) É uma grandeza que está associada a uma SUBSTÂNCIA. É empregado quando ocorre absorção ou liberação de calor, durante a mudança de estado (não há mudança de temperatura). SubstânciaPonto de ebulição (°C) água100 álcool78 cobre2 595 chumbo1 744 enxofre445 ferro3 000 substância Calor latente de vaporização (cal/g) água540 álcool204 cobre1 288 chumbo209 enxofre78 ferro1 508

21 Absorção de Calor por Sólidos e Líquidos Calor Latente (L) SubstânciaPonto de ebulição (°C) hidrogênio-253 mercúrio357 nitrogênio-196 ouro2 966 oxigênio-183 prata2 212 zinco918 Substância Calor latente de vaporização (cal/g) hidrogênio108 mercúrio70 nitrogênio48 ouro376 oxigênio51 prata559 zinco475

22 Exemplos 1)Qual é a quantidade de calor necessária para aquecer 250g de chumbo que está a uma temperatura de 20  C até 85  C? Resposta: O chumbo de 20  C a 85  C é sólido e não muda de estado. Portanto utilizamos a expressão do calor específico: 2) Qual é a quantidade de calor necessária para fundir 250g de chumbo que está a 327  C? Resposta: O chumbo a 327  C está mudando do estado sólido para o líquido. Portanto é fusão. Utilizamos a expressão do calor latente:

23 Exemplos 3) Um bloco de 100g de gelo a –20°C será aquecido até 120°C. Indique em um gráfico a sequência das transformações e calcule a quantidade total de calor necessária para ocorrer tal processo. Dados: considere o calor específico da água 1cal/g  C, mesmo sabendo que ele varia com a temperatura. Considere L f =80cal/g e L v =540cal/g e sistema ao nível do mar.


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