Prof. Renato. EME Prof. Vicente Bastos SESI Carrão. Física 2ª. Série Aula 13

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1 Aula 13 Medindo o calor 1. Mudança de estado físico (solidificação) (liquefação) Sólido - Líquido - Gás (fusão) (ebulição) 2. Curvas de aquecimento Gráfico de Temperatura x Quantidade de calor: T x Q Exemplos: Água: T F = 0ºC T E = 100ºC Álcool: T F = -114ºC T E = 78ºC Estanho: T F = 231ºC T E: 2602ºC 3. Medida da quantidade de calor a) Quantidade de calor sensível (Q S) Para mudanças de temperatura. Q S = m.c.δt Onde: m: massa do corpo c: calor específico do material ΔT: variação de temperatura b) Quantidade de calor latente (Q L) Para mudanças de estado físico. Q L = m.l Onde: m: massa do corpo L: calor específico latente do material

2 Aula 14 Calorimetria Exercícios (exemplos) 1. Quantas calorias são necessárias para elevar de 20ºC a 80ºC a quantia de 1 litro de água? Dado: c(água) = 1 cal/g.ºc 2. Quantas calorias são necessárias para derreter 1000 g de gelo a 0ºC? Dado: L(fusão) = 80 cal/g 3. Quantas calorias são necessárias para transformar 1000g de gelo a 10ºC em vapor d'água a 120ºC? Dados: c(gelo) = 0,5 cal/gºc c(água) = 1 cal/gºc c(vapor) = 1,5 cal/gºc L(fusão) = 80 cal/g L(vaporização) = 480 cal/g

3 Aula 15 Equilíbrio térmico Definição Corpos com temperatura diferente entram em equilíbrio térmico se colocados em contato físico por tempo indeterminado. O mais quente cede calor e o mais frio ganha calor, até que atinjam a temperatura de equilíbrio. Matematicamente: Q R + Q C = 0 Onde: Q R: calor recebido pelo corpo frio. Q C: calor cedido pelo corpo quente. Exemplo: Mistura-se 1 l de água a 80ºC com 200ml de água a 15ºC. Considerando que a mistura se deu num isolante térmico, qual a temperatura de equilíbrio da mistura?

4 Aula 16 Calorimetria Exercícios 1. Qual a quantidade de calor necessária para aquecer 200g de gelo a -15ºC a vapor d'água a 120ºC? Dados: c(gelo) = 0,5 cal/gºc c(água) = 1 cal/gºc c(vapor) = 0,45 cal/gºc L(fusão) = 80 cal/g L(vaporização) = 540 cal/g 2. Uma criança com 55kg está com febre. Qual a variação de temperatura se ela for molhada com 500 cm 3 ( kg) de álcool? Dados: c(criança) = 0,83 kcal/kg.ºc L(vapor-álcool) = 204 kcal/kg

5 Aula 17 Equilíbrio térmico 1. Exercício de fixação Mistura-se 400 ml de água a 25ºC com 1 litro de álcool a 5ºC. Sabendo que o calor específico da água é de 1cal/gºC e que do álcool é de 0,7cal/gºC, qual a temperatura de equilíbrio?

6 Aula 18 Trocas de Calor Processos onde corpos (matéria) com diferentes temperaturas recebem ou doam energia térmica (calor). 1. Condução Troca de calor por contato direto entre materiais, o choque entre as partículas com diferentes temperaturas, ou seja, diferentes graus de agitação, gera uma troca de energia. Ex.: Cabo e panela, termômetro e corpo, xícara e café Convecção A circulação de fluidos com diferentes temperaturas faz com que materiais frios sejam trocados por quentes, ocasionando troca de calor. Ex.: água fervente, ventos no ambiente, circulação na geladeira Irradiação Ondas eletromagnéticas (infravermelho/microondas) emitidas por corpos de diferentes temperaturas são sentidas gerando aquecimento ou resfriamento do corpo em questão. Ex.: aparelho de micro-ondas, rosto na fogueira, Sol para a Terra...

7 Aula 19 Trocas de Calor 1. Exercícios I. Por que um líquido ou um gás começam a se movimentar quando aquecidos? II. Duas bandejas foram colocadas em uma prateleira da geladeira. A parte da geladeira abaixo desta prateleira passou a refrigerar muito mal. Por quê? III. Por que a comida é aquecida em panelas de metal e servida em travessas de cerâmica ou vidro? IV. Na física, é correto dizer que um agasalho é quente? Justifique. V. O que diferencia a irradiação dos processos de convecção e de condução?

8 Aula 20 Máquinas térmicas 1. Definição: Não são aquelas que produzem ou retiram calor, mas as que produzem movimentação, que geram trabalho mecânico ou que geram energia elétrica, a partir da perda ou do recebimento de calor. As máquinas térmicas realizam a seguinte função: CALOR trabalho mecânico CALOR produção de energia elétrica CALOR movimento 2. Exemplos: Máquina a vapor; Automóvel; Usina termoelétrica. 3. Questionamento: Como essas máquinas transformam energia térmica em trabalho mecânico?

9 Aula 21 Máquinas térmicas 1. Ciclos termodinâmicos em gases Variáveis: T, P e V. P α T P α 1/V P.V/T = cte. Relação dos gases ideais Variação do volume é trabalho mecânico! V α T Exemplo da garrafa. 2. Motores Ciclo de Carnot (~ 1830 / idealizado) Ciclo Otto (~ 1870) Ciclo Diesel (~ 1880)

10 Aula 22 Máquinas térmicas 1. Motor à gasolina/álcool (Otto) 1. Admissão isobárica Compressão adiabática Combustão isocórica 2-3, expansão adiabática Abertura de válvula 4-5, exaustão isobárica Vídeos - Motor 4 tempos à gasolina (4cilindros - 8 válvulas) - Motor 4 tempos à gasolina detalhado (4 cilindros 16 válvulas) - Motor 4 tempos ao óleo Diesel - Motor à gasolina W12 (Bugatti Veyron)

11 Aula 23 Transformações gasosas 1. Tipos de transformações Variáveis internas: T, P e V. Variável externa: Q. a) Isotérmica: transformação a temperatura constante; Lei de Boyle: P.V = K 1 b) Isobárica: transformação a pressão constante; Lei de Charles: V/T = K 2 c) Isovolumétrica: transformação a volume constante; Lei de Gay-Lussac: P/T = K 3 ambiente. d) Adiabática: transformação sem troca de calor com

12 Aula 24 Transformações gasosas 1. Lei Geral dos Gases Das transformações mencionadas na aula 23 para determinada massa de gás, temos: P.V/T = K Assim, P 1.V 1/T 1 = P 2.V 2/T 2 = P 3.V 3/T 3 = K (Equação geral dos gases) onde K = n.r sendo que: n: número de mols do gás. R: constante universal dos gases. R = 0,082 atm.l/mol.k R = 62,3 mmhg.l/mol.k R = 8,31 kpa.l/mol.k Temos então a chamada Equação de Clapeyron: P.V = n.r.t