Temperatura Calor 1º. Lei da Termodinâmica Criostatos de He3 -272.85 C

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

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

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

Equilíbrio Térmico TEMPERATURA 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 Parâmetro que se iguala na configuração de equilíbrio térmico: TEMPERATURA

Temperatura Temperatura fundamental Unidade: energia g=no. estados acessíveis Temperatura absoluta – termodinâmica : Unidade: Kelvin K: constante de Boltzmann Zero Absoluto Escalas de temperatura : Celsius , Fahrenheit

Temperatura

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

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

Escalas de Temperatura Referência: PONTO TRIPLO DA ÁGUA Define um único conjunto de P, V e T T3 atribuído por acordo internacional: T3= 273,16 K Célula de ponto triplo

Escalas de Temperatura Kelvin, Celsius, Fahrenheit Celsius: T3=0,01oC - DT=1K=1oC Fahrenheit : T3=32,02oF - DT=5K=9oF

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

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

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

Dilatação térmica

Expansão térmica Aplicação : termostato contato elétrico

Expansão Térmica Coeficiente de dilatação anômalo da água Densidade:

Exemplo Um fio de aço com 130 cm de comprimento e 1,1 mm de diâmetro é aquecido a 830 0C e conectado a dois suportes. Qual a força gerada no fio quando ele é resfriado a 20 0 C ? aço = 11.10-6 /0C Eaço=200x109 N/m2.

Calor e Temperatura Tc > Tambiente Tc < Tambiente Tc = Tambiente energia energia Corpo perde energia interna → transferida para ambiente Corpo ganha energia interna → cedida pelo ambiente Tc = Tambiente Não há transferência de energia

Calor e Temperatura Energia transferida = CALOR = Q Tc > Tambiente Corpo perde energia interna → transferida para ambiente Corpo ganha energia interna → cedida pelo ambiente Energia transferida = CALOR = Q

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

Calor específico

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

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

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

Calor de Transformação

Exemplo Qual a quantidade de calor necessária para transformar 720 g de gelo inicialmente a -10 0C em água a 15 0C? cice = 2220 J/Kg, LF = 333 J/kg, clig = 4190 J/kg Q1 Q2

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 Eint : PROPORCIONAL A TEMPERATURA

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

Calor e Trabalho TRABALHO - FLUIDO

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

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

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

Processos Cíclicos Estados inicial e final = iguais Eint inicial e final = iguais Curvas fechadas T inicial e final = iguais

Expansão Livre Expansão adiabática sem realização de trabalho 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

Primeira Lei da Termodinâmica Resumo

Exemplo Deve-se converter 1 kg de água a 100 0 em vapor d´água na mesma temperatura numa pressão p = 1,01x105 N/m2. O volume da água varia de 1,0 x10-3 m3 quando liquido para 1,671 m3 em gás. Qual o trabalho realizado pelo sistema? Qual a variação da energia interna do sistema ?

Transferência de calor Condução Conveção Radiação

Condução Energia térmica transferida átomo → átomo

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

Condução

Condução Placa composta em estado estacionário : H1 = H2 = H Resistências térmicas em série se somam

Conveção Brisa do mar

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

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

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

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