Física 2 - Termodinâmica

Transcrição

1 Física 2 - Termodinâmica Calor e Temperatura Criostatos de He C

2 Física II 1º. Lei da Termodinâmica

3 Calor: Energia em trânsito T c >T ambiente T c <T ambiente energia energia Corpo perde energia interna transferida para ambiente Corpo ganha energia interna cedida pelo ambiente T c =T ambiente Não há transferência de energia O calor é energia que flui entre um sistema e a sua vizinhança devido a uma diferença de temperatura entre eles.

4 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 E int : PROPORCIONAL A TEMPERATURA

5 Calor e Trabalho Para um sistema termodinâmico, no qual a energia interna é o único tipo de energia que o sistema pode ter, a lei de conservação de energia expressa que: E i = Q W Q : Calor recebido pelo sistema devida a diferença de temperatura entre o sistema e sua vizinhança W : trabalho realizado pelo sistema E i : Variação da energia interna do Sistema 1º. LEI DA TERMODINÂMICA

6 1ª Lei: Uma definição formal Em qualquer processo termodinâmico entre estados de equilíbrio i e f, a grandeza Q - W possui o mesmo valor para qualquer caminho entre i e f. Esta grandeza é igual a variação no valor da função de estado chamada de energia interna.

7 Trabalho de um gás ideal Se a temperatura de um gás em um cilindro aumenta, o gás se expande e faz o embolo se mover, realizando trabalho. A integral do trabalho é calculada entre o volume inicial e o volume final.

8 Trabalho Gás ideal PV = nrt Área curva no diagrama p-v i f Qual caminho?

9 Aplicações da Primeira Lei da Termodinâmica

10 Processos Adiabáticos Sistema isolado OU Processo muito rápido Não há transferência de calor Q = 0 Ei = Q W Ei = W Expansão adiabática : W>0 : E i <0 : Temperatura diminui Compressão adiabática : W<0 : Ei>0 : Temperatura aumenta

11 Processos isotérmicos Em um processo isotérmico, a temperatura permanece constante. Se o sistema é um gás ideal, a energia interna também deve ser constante, E int = 0. Pela primeira Lei da Termodinâmica teremos Q = W Processo isotérmico, gás ideal

12 Processos a Volume Constante Quando o volume do gás permanece constante, ele não pode realizar trabalho. W = 0 E = Q W i Q = E i Gás aborve calor : Q>0 : E i >0 : Temperatura aumenta Gás libera calor : Q<0 : E i <0 : Temperatura diminui

13 Processos Cíclicos Estados inicial e final = iguais E int inicial e final = iguais T inicial e final = iguais E i = 0 Ei = Q + W Q = W Curvas fechadas

14 Expansão Livre Expansão adiabática sem realização de trabalho Q = W = 0 E i = Q W E i = 0 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

15 Primeira Lei da Termodinâmica Resumo

16 Exemplo Deve-se converter 1 kg de água a em vapor d água na mesma temperatura numa pressão p = 1,01x10 5 N/m 2. O volume da água varia de 1,0 x10-3 m 3 quando liquido para 1,671 m 3 em gás. Qual o trabalho realizado pelo sistema? Qual a variação da energia interna do sistema? E i = Q W

17 Transferência de calor Condução Convecção Radiação

18 Condução Energia térmica transferida átomo átomo

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

20 Condução

21 Convecção FLUIDOS : variação da temperatura variação da densidade movimento do fluido : Correntes de convecção

22 Convecção Brisa do mar

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

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

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