Física do Calor

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1 Física do Caor Prof. Marcio Varea emai: página: Edifício Principa, Aa I, Saa 330 Turma 1 Quarta Saa Aa Centra 10:00h 12:00h Sexta Saa Aa Centra 8:00h 10:00h

2 Cadastrem-se no Moode Stoa USP Repositório de informações da discipina É imprescindíve se cadastrar no Stoa e visitar frequentemente a página da discipina:... Informações gerais Leitura Notas Listas

3 Física do Caor - Conteúdo Temperatura, Termometria, Equiíbrio e Lei Zero Diatação Térmica Caorimetria e Mudança de Fase Teoria Cinética dos Gases Caor, Trabaho e Primeira Lei Entropia e Segunda Lei Bibiografia - Curso de Física Básica, Vo. II (Moysés Nussenzveig) - Física 2: Termodinâmica e Ondas (Sears & Zemansky / Young & Freedman)

4 Física do Caor - Avaiação MF = Média Fina MPrv = Média das Provinhas MF = (P1 + P2 + MPrv)/3 Datas das Avaiações Provinhas: 17/08 02/09 30/09 26/10 Provas: 14/09 16/11

5 Termodinâmica vs Mecânica Mecânica. Ponto de vista microscópico (atomístico): pontos materiais; soução das Equações de Movimento. Termodinâmica. Ponto de vista macroscópico: utiiza variáveis macroscópicas (voume, pressão temperatura), para descrever o estado de sistemas formados por grandes números de partícuas (~10 23 ). A conexão entre as duas abordagens é reaizada pea Física Estatística.

6 Sensação Térmica vs. Temperatura Embora sensação térmica (subjetiva) esteja a reacionada à temperatura, não conduz a uma definição objetiva de temperatura. Como obter uma definição precisa que viabiize a descrição matemática da Termodinâmica?

7 Temperatura Dois corpos em contato térmico podem trocar energia sem que haja reaização de trabaho em níve macroscópico (através da interação eetromagnética entre os átomos). A energia que transita entre os corpos, devido apenas ao contato térmico, é denominada caor. Na situação de equiíbrio térmico, não há trânsito de energia (íquido, em níve macroscópico) resutante do contato térmico. A B

8 Temperatura Se houver trânsito de energia (caor) entre dois corpos devido ao contato térmico, estes estarão fora de equiíbrio térmico e em temperaturas diferentes (por definição). Se não houver trânsito de energia na mesma situação, os corpos terão temperaturas iguais (por definição). A temperatura é a propriedade física associada ao equiíbrio térmico: dois corpos em equiíbrio térmico têm temperaturas iguais. Equiíbrio térmico Antes fora de equiibrio térmico Depois em equiibrio térmico

9 Lei Zero da Termodinâmica Se dois corpos (A e B) estão ambos em equiíbrio térmico com um terceiro corpo (C), em tão A e B estão em equiíbrio térmico entre si. É equivaente afirmar: se A e B têm a mesma temperatura que C, então A e B têm a mesma temperatura.

10 Termômetros e Termometria Um corpo (digamos, C) que esteja em equiíbrio térmico com outro (digamos, A), em princípio permite determinar a temperatura deste. O corpo C pode então ser entendido como termômetro. A C Para medir a temperatura é preciso: (i) Acessar a temperatura do corpo C (termômetro) por meio de aguma propriedade física. (ii) Estabeecer (convencionar) uma escaa de temperatura.

11 Termômetros e Termometria Há muitas propriedades físicas dependentes da temperatura: dimensões de sóidos, resistência eétrica, pressão/voume de um gás. A reação entre a propriedade física (P) e a temperatura (T), estabeece uma função P(T) que permite determinar a temperatura do objeto a ser utiizado como termômetro. Ideamente, iremos admitir uma reação inear, P(T) = at +b. 1) Equiíbrio térmico entre termômetro e ar: h(t 1 ) 2) Equiíbrio térmico entre termômetro e íquido: h(t 2 )

12 Questão: Qua das afirmativas abaixo você considera mais correta? Justifique sua resposta. (a) A eitura do termômetro indica sua própria temperatura. (b) A eitura do termômetro indica a temperatura da criança. (c) A eitura do termômetro indica a média das temperaturas do termômetro e da criança.

13 Pergunta: Suponha que a atura da couna de mercúrio seja uma função inear da temperatura do bubo (reservatório de mercúrio): h(t) = at + b De que forma poderemos caibrar o termômetro, isto é, determinar as constantes a e b de forma a permitir obter a temperatura em função da atura da couna? t = (h b)/a

14 1) Em gera, é necessário conhecer uma função inear em dois pontos para determinar suas constantes arbitrárias (a e b). 2) Assim, deveremos arbitrar duas temperaturas de referência. Isso permitirá determinar as constantes a e b em uma dada escaa de temperatura. Exempo: Escaa Cecius. Nesta escaa, as temperaturas de referência são: (i) a temperatura de fusão da água a 1 atm (arbitrada como t = 0 o C); (ii) a temperatura de ebuição da água a 1 atm (arbitrada como t = 100 o C).

15 h 0 h 100 Sendo h 0 e h 100 as eituras (aturas da couna de mercúrio) nas temperaturas de referência: h 0 = a 0+b ) b = h 0 h 100 = a b ) a =(h 100 h 0 )/100 Portanto: h(t) = (h 100 h 0 ) 100 t + h 0 t(h) = 100 (h h 0) (h 100 h 0 ) [ o C]