TRABALHO CALOR.

Transcrição

1 Trabalho vs. Calor

2 TRABALHO E macro E micro CALOR E micro E micro

3 E micro ganha/perdida por TRABALHO frequentemente é mensurável/calculável

4 Exemplo 1 1,0 kg 15 cm μ k = 0,60 De quanto aumentou E micro dos blocos após 100 passagens? ΔE micro = (100)(0,60 1,0 kg 9,8 m/s 2 )(15 cm) = 88 J

5 Exemplo 2 0,37 kg v = 0 2,0 m De quanto aumentou E micro (da caneca e do chão)? ΔE micro = (0,37 kg)(9,8 m/s 2 )(2,0 m)= 7,3 J

6 Exemplo 3 Taxa de produção de E micro (no ar e no corpo do skydiver) ΔE micro Δt = mgh t = mgv t z h v t mg v t v t = 2mg CρA 0 v t

7 Exemplo 4 Taxa de produção de E micro (no fio condutor e no entorno) v E = V/L L v v ee V I = 10 A V = 110 V ΔE micro Δt = ee L I e = IV = 1,1 kj/s

8 Exemplo 5 Pistão sobe de h com pressão constante p. De quanto varia sua E micro? p h p ΔE micro = pa h Aqui E micro E macro, nos outros exemplos E macro E micro

9 Quanto CALOR é transferido da vela para o objeto por segundo?

10 CALOR é a transferência E micro E micro entre corpos a TEMPERATURAS diferentes Condução Radiação T f T q T f T q Convecção T f T q

11 Medindo calor (Joule, 1843) Hipótese: E micro (T) 1. Construa um processo mecânico/elétrico que produza o mesmo ΔT produzido pelo calor 2. Meça/calcule o trabalho do processo 3. Q = W

12 Notas sobre a hipótese E micro (T) E micro também depende do número de partículas no sistema (1g de ouro e 1kg de ouro na mesma temperatura não têm a mesma E micro ) E micro também depende do volume do corpo, pois isso afeta a proximidade das partículas, e portanto U micro

13 O que se está admitindo é que o TRABALHO e o CALOR necessários para produzir a mesma variação de E micro em um corpo mantido NAS MESMAS CONDIÇÕES, são iguais F atrito

14 Capacidade Calorífica

15 Evidência Experimental: Q = CΔT CAPACIDADE CALORÍFICA DO CORPO: C = J/K T 1. No caso geral, Q = 2 T1 C T dt 2. Durante uma mudança de fase Q não causa ΔT 3. Gases têm C p C V 4. C ~ (quantidade de matéria do corpo)

16 dq dt dq dt dq dt

17 A razão do nome capacidade calorífica T T T A ΔT ΔT T B Q A = C A ΔT > Q B = C B ΔT A Temperatura seria o nível do líquido calórico. A Capacidade Calorífica seria o tamanho do reservatório.

18 Corpos homogêneos C = cm CALOR ESPECÍFICO DO MATERIAL: c = J/kg. K Material c (J/kg. K) Ouro 126 Cobre 386 Vidro 840 Gelo 2220 Água 4190

19 As energias E micro são enormes Quanta energia (calor ou trabalho) é necessário fornecer para aquecer 1 L de água de 10? Q = (1,0 kg)(4190 J/kg. K)(10 K) = 41,9 kj 1 kg 1042 km/h 4,3 m

20 O que é mais efetivo para esquentar a água de um balde (20 L) a 20? Uma xícara de água (200 ml) a 100 ou 1 litro de água a 35? Ignore perdas de calor para o ambiente. 20 kg c T ,20 kg c T 100 = 0 T = 20,79 20 kg c T ,0 kg c T 35 = 0 T = 20,71

21 Material c (J/kg. K) c mol (J/mol. K) Ouro ,6 Cobre ,5 Chumbo ,4 Zinco ,2 Mercúrio ,3 Prata ,9 Alumínio ,3 Água ,2 Etanol

22 Materiais moleculares têm mais gavetas (graus de liberdade) para armazenar E micro (translação, rotação, vibração) que materiais monoatômicos maior c mol

23 Mudança de Fase

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26 Temperatura NÃO VARIA durante mudança de fase Q = ± m L (L é o CALOR LATENTE da mudança de fase) H L 2 O fus = 333 kj/kg H L 2 O vap = kj/kg Quanta energia é necessária para derreter 1 kg de gelo? 93 km/h 34 m

27 Se E micro está entrando/saindo, porque T não varia? Porque E micro = K micro + U micro e, durante a mudança de fase, há uma reestruturação atômica que afeta primariamente U micro K micro (T) U micro (T, d) d ~ distância média entre átomos/ estrutura atômica

28 Sobre K micro e U micro T 0 K T = 0 K U(r) r E micro = K micro + U micro E micro = U micro

29 A reestruturação atômica altera dramaticamente o calor específico T 0 LÍQUIDO (c água = 4190 J/kg. K) SÓLIDO (c gelo = 2220 J/kg. K)

30 Que quantidade de calor é necessária para elevar 720 g de gelo a 10,0 ao estado líquido a 15,0? Q 1 = (0,720 kg)(2220 J/kg. K)(10,0 K) = 16,0 kj Q 2 = (0,720 kg)(333 kj/kg) = 240 kj Q 3 = (0,720 kg)(4190 J/kg. K)(15,0 K) = 45,3 kj E se fornecer apenas 200 kj?