Laboratório: Ementa: Unidades de Estudo: Curso de Formação do Físico Educador - Agosto de 2004 Disciplina: Calor e Termodinâmica Ementa: “Temperatura, Equilíbrio térmico, Calor como energia, Transferência de calor (condução, convecção e radiação), 1ª Lei da Termodinâmica, Equivalente mecânico do calor, Teoria cinética dos gases, Máquinas térmicas, 2ª Lei da Termodinâmica e Entropia” Unidades de Estudo: Unidade 1 – Temperatura Conceituação, Lei Zero da Termodinâmica, Medidas Termométricas e Dilatação Térmica Unidade 2 – Calor e a 1ª Lei da Termodinâmica Conceituação, equivalente mecânico do calor, transferência de calor, 1ª Lei da Termodinâmica Unidade 3 – O Estudo dos Gases Conceituação, número de Avogadro, O gás ideal, Temperatura e Pressão visão molecular Unidade 4 – 2ª Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas e Entropia 2ª Lei da Termodinâmica, Transformações Termodinâmicas, Ciclo de Carnot, Processo Irreversível e Entropia Laboratório: Temperatura e Expansão Térmica Pontos Fixos de Fusão e Ebulição da água Determinação do coeficiente de dilatação Calor Determinação da Capacidade Térmica de um Calorímetro Calor Específico de uma substância Irradiação Térmica Lei de Boyle Motor de Stirling

Referência Bibliográfica: Curso de Formação do Físico Educador - Agosto de 2004 Disciplina: Calor e Termodinâmica Avaliação: 1ª Prova Teórica: 20 pontos 2ª Prova Teórica: 20 pontos Laboratório: 20 pontos Trabalho Multidisciplinar: 10 pontos Avaliação Global: 30 Pontos Referência Bibliográfica: Fundamentos de Física - Volume 2 - Halliday, David e Resnick, Robert – LTC Editora. Física 2 – Movimento Ondulatório e Termodinâmica - Serway, Raymond - LTC Editora. Física Conceitual - Hewitt, Paul – Editora Bookman. Física – Volume 2 - Sears, Mark e W. Zemansky - Ao Livro Técnico. Imagens da Física - Amaldi, Hugo Física – Volume 2 - Raymond, Serway - LTC Editora. Curso de Física – Volume 2 – Alvarenga, Beatriz e Máximo, Antônio – Editora SCIPIONE.

Unidade 1- Temperatura Definição: Termômetro: Escalas: Macroscópica: Propriedade de um sistema físico que determina se ele estará ou não em equilíbrio térmico com outros sistemas. Microscópica: A temperatura de um sistema físico esta associada ao grau de agitação molecular (Energia Cinética das partículas que constituem o sistema). Termômetro: Um dispositivo que nos permite determinar as temperaturas de vários sistemas. Características: 1) SENSIBILIDADE 2) PRECISÃO 3) REPRODUTIBILIDADE Escalas: Pontos Fixos: PNF - Ponto Normal de Fusão: A substância coexiste nos estados sólido e líquido. PNE - Ponto Normal de Ebulição: Substância coexiste nos estados líquido e Gasoso. PNS - Ponto Normal de Sublimação: Substância coexiste nos estados sólido e Gasoso. PT - Ponto Triplo: Substância coexiste nos estados sólido, líquido e Gasoso.

Unidade 1- Temperatura Dilatação (Contração e Expansão): Definição do Coeficiente de Dilatação Volumétrica: Dilatação Volumétrica Média: Dilatação anômala da água: contrai entre 0º e 4º densidade máxima:  < 0 Tensões Térmicas:

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica Energia térmica em trânsito devido exclusivamente a diferença de temperatura entre os sistemas. Capacidade Térmica - Calor Específico: Capacidade Calorífica Molar onde: M = massa molecular e n = número de moles Equação da Calorimetria – Quantidade de Calor:

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica Mudança de Fase: Calor de Transformação - temperatura constante (Ponto Fixos). onde: Lt = Calor de Transformação Transmissão do Calor - Fluxo de Calor: 1- Condução - Sólidos Corrente Térmica

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica 2- Convecção - Líquidos e Gases 3- Radiação - Onda Eletromagnética Bom absorvedor é bom emissor Mau absorvedor é mau emissor Mau absorvedor é bom refletor Bom Refletor é mau emissor

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica 1ª Lei da Termodinâmica -Trabalho e Variação de Volume F(x) A B dV V0 V0 = Volume Inicial ocupado pelo gás. dV = Variação de volume W = Trabalho realizado para deslocar o pistão. F(x) = Força exercida pelo pistão. dx = Deslocamento do pistão dentro do cilindro. A = Área da secção transversal do pistão.

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica Sistemas Mecânicos F(x) tem o mesmo sinal de dx Trabalho(W) > 0 Realizado sobre o sistema Energia aumenta F(x) tem sinal contrário a dx Trabalho(W) < 0 Realizado pelo sistema Energia diminui Sistemas Termodinâmicos F(x) tem o mesmo sinal de dx Trabalho(W) > 0 - Expansão (Vo < Vf) Realizado pelo sistema Energia diminui F(x) tem sinal contrário a dx Trabalho(W) < 0 - Compressão (Vo > Vf) Realizado sobre sistema Energia aumenta

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica Diagrama PV Trabalho é igual a área sombreada sob a curva A (Estado Inicial) B (Estado Final) P V Vo Vf Pf Po

Unidade 2- Calor e 1ª Lei da Termodinâmica “A variação de energia interna de um sistema é igual a um valor definido pela diferença Q - W e independe de como o sistema foi levado do estado inicial para o estado final”. U = Uf - Ui (Variação de Energia Interna) Q = Calor Absorvido ou Cedido pelo Sistema W = Trabalho Realizado pelo ou sobre o Sistema Q > 0 - fornecido ao sistema Q < 0 - cedido pelo sistema W > 0 - realizado pelo sistema (expansão) W < 0 - realizado sobre o sistema (compressão)

Unidade 3- Estudos dos Gases Estados Físicos da Matéria Sólido Líquido Gasoso Plasma Mudanças de Estado Fusão Solidificação Vaporização Evaporação Ebulição Condensação Sublimação Diagrama de Fases

Unidade 3- Estudos dos Gases Grandezas Termodinâmicas – Variáveis de Estado P =Pressão V = Volume T = Temperatura Absoluta n = número de moles R = Constante dos Gases R=0,082 atm.l/mol.K R=8,31 J/mol.K Equação Geral dos Gases

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica- Máquinas Térmicas Processos Termodinâmicos Transformação Isotérmica - Temperatura Constante (Lei de Boyle) A (Estado Inicial) P V Vo Vf Pf Po Isoterma B (Estado Final)

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica- Máquinas Térmicas Processos Termodinâmicos Transformação Isobárica - Pressão Constante (Lei de Gay-Lussac) P A (Estado Inicial) B (Estado Final) Pf V Vo Vf

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica- Máquinas Térmicas Processos Termodinâmicos Transformação Isométrica - Volume Constante (Lei de Charles) P A (Estado Inicial) Pi Pf B (Estado Final) V V

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica- Máquinas Térmicas Processos Cíclicos Transformação Cíclica – Sequência de Operações com retorno ao estado inicial P A (Estado Inicial) = (Estado Final) A B Isovolumétrica Po B C Isobárica C A Isotérmica Pf Área no ciclo = trabalho B C V Vo Vf Q + W = 0

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica- Máquinas Térmicas Aplicações da 1ª Lei da Termodinâmica Processo Restrição 1ª Lei Todos Nenhuma U = Q - W Adiabático Q = 0 U = - W Isovolumétrico V=Cte,W = 0 U = Q Isobárico P = Cte Isotérmico T = Cte Q = W Cíclico U = 0 Expansão Livre Q = W = 0

Unidade 4- 2ª Lei da Termodinâmica 2ª Lei da Termodinâmica e Calor “Nenhum calor flui espontaneamente de um corpo de temperatura mais baixa para um de temperatura mais alta”. 2ª Lei da Termodinâmica e Ciclo de Carnot “O rendimento de qualquer máquina térmica, que opere entre duas temperaturas específicas, nunca excederá uma máquina de Carnot que opere nessas mesmas temperaturas”. 2ª Lei da Termodinâmica e Entropia “Em qualquer processo termodinâmico que ocorra de um estado de equilíbrio para outro, a entropia do sistema + vizinha permanece constante ou aumenta”.