Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Transcrição

1 Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia Departamento de Estudos Básicos e Instrumentais 3 Termologia Física II Prof. Roberto Claudino Ferreira Prof. Roberto Claudino 1

2 ÍNDICE 1. Conceitos Fundamentais; 2. Escalas termométricas; 3. Dilatação Térmica; 4. Calor; 5. Capacidade Térmica; 6. Calor Específico; 7. Calor de Transformação; 8. Transmissão de Calor. Prof. Roberto Claudino 2

3 OBJETIVO GERAL Alcançar um entendimento das leis, princípios, grandezas e unidades de medidas que envolvem o estudo da temperatura, assim como suas aplicações práticas, através de abordagens conceituais, históricas e demonstrações matemáticas. Prof. Roberto Claudino 3

4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Explanar sobre os conceitos fundamentais; Abordar a relação entre as escalas termométricas; Citar os tipos de dilatação térmica; Conceituar calor; Explorar capacidade térmica, calor específico e calor de transformação; Abordar as transmissões de calor; Resolução de problemas. Prof. Roberto Claudino 4

5 Conceitos Fundamentais Termologia: Ciência que estuda o calor. Calor: Energia em transito. Temperatura: Medida da agitação das moléculas. Ou seja, é a média da energia cinética de cada molécula. Equilíbrio Térmico: Temperaturas iguais. Termômetro: Aparelho de medição de temperaturas. Dilatação: Aumento das dimensões de um corpo. Prof. Roberto Claudino 5

6 Relação entre escalas Termométrica b a Relação entre escalas a b 1º Problema: Encontre a relação entre as escalas termométricas. Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Prof. Roberto Claudino 6

7 Relação entre escalas Termométricas Equações da Conversão Relação de Conversão de variações A escala Celsius se mede em ºC (Graus Celsius); A escala Fahrenheit em ºF (Graus Fahrenheit); A escala Kelvin em K (Kelvin). Prof. Roberto Claudino 7

8 Dilatação Térmica Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia. Se dividem em: Linear Superficial Volumétrica Prof. Roberto Claudino 8

9 Dilatação Linear Estuda a dilatação em apenas uma dimensão. (Comprimento). L L L f L T L L L [ 1( T T )] f Coeficiente de Dilatação Linear Prof. Roberto Claudino 9

10 Dilatação Superficial Estuda a dilatação em duas dimensões. (Comprimento e Largura). 2 )] ( [1.. T T S S S S S T S S f f Coeficiente de Dilatação Superficial. 1 Prof. Roberto Claudino

11 Dilatação Volumétrica Estuda a dilatação em três dimensões. (Comprimento, Largura e Altura). 11 Prof. Roberto Claudino 3 )] ( [1.. T T V V V V V T V V f f Coeficiente de Dilatação Volumétrica.

12 2º Problema: Demonstre as expressões abaixo, e explique seu sentido físico. 12 Prof. Roberto Claudino )] ( 3 [1 )] ( 2 [1 )] ( [1 T T V V T T S S T T L L f f f f f f

13 Calor Energia que se transfere de um corpo para o outro, devido à diferença de temperatura, até atingir o equilíbrio térmico. Unidade de medida. É o Joule (J). Equilíbrio Térmico Prof. Roberto Claudino 13

14 Capacidade Térmica É a constante de proporcionalidade entre o calor Q recebido ou cedido por um objeto e a sua variação de temperatura. C Q T A unidade de medida é dada por unidade de energia por unidade de temperatura. C J K ou cal K Obs: 1 cal = 4,1868J Prof. Roberto Claudino 14

15 Calor Específico É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1g de uma dada substância em 1ºC. Q mct A unidade de medida é dada em unidade de energia por unidade de temperatura e massa. c J KgK Prof. Roberto Claudino 15

16 Calor Específico Molar É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de (1mol) de uma dada substância em 1 ºC. Q mct Onde um mol = 6,2 x 1²³ Unidade elementares A unidade de medida é dada em unidade de energia por unidade de temperatura e mol. c J mol.k Prof. Roberto Claudino 16

17 Calor de Transformação É a quantidade de calor necessária para mudar totalmente o estado físico uma dada substância. Q Lm A unidade de medida é dada em unidade de energia por unidade de massa. J Kg Prof. Roberto Claudino 17

18 Mudanças de Estado Prof. Roberto Claudino 18

19 Temperatura x Quantidade de calor fornecida a 1g de gelo inicialmente a -3ºC Prof. Roberto Claudino 19

20 3º Problema: (a) Que quantidade de calor deve absorver uma amostra de gelo de massa m=72g a -1ºC para passar ao estado líquido a 15ºC. (b) Se fornecemos ao gelo uma energia total de apenas 21KJ (na forma de calor), quais são o estado final e a temperatura da amostra? Prof. Roberto Claudino 2

21 4º Problema: Um lingote de cobre de massa mc = 75g é aquecido em um forno de laboratório até a temperatura T = 312ºC. Em seguida, o lingote é colocado em um béquer de vidro contendo uma massa ma= 22g de água. A capacidade térmica Cb do béquer é 45 cal/k. A temperatura inicial da água e do béquer é Ti = 12 ºC. Supondo que o lingote, béquer e a água são um sistema isolado e que a água não é vaporizada, determine a temperatura final Tf do sistema quando o equilíbrio térmico é atingido. Prof. Roberto Claudino 21

22 Transmissão de Calor 1. Condução: O calor se transmite passando de molécula por molécula, através de seu contato. É próprio dos sólidos. 2. Convecção: Ocorre nos fluidos devido ao deslocamento de partículas. 3. Irradiação: O calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Não é preciso matéria para esta condução. Ou seja pode ocorrer no vácuo. Prof. Roberto Claudino 22

23 Exemplos de Radiação Prof. Roberto Claudino 23

24 Condução de Calor Consideremos uma placa de área A e espessura L, cujas faces são mantidas a temperaturas de fontes quentes (TQ) e fria (TF). Q é a energia transferida pela placa na forma de calor, (t) é o tempo e K é a condutividade térmica. A equação para a condução é dada por: P cond Q t KA T Q A unidade de medida é dada por: J s T L F Quente TQ k Placa Frio TF Prof. Roberto Claudino 24 L Q

25 Condução através de placa composta Consideremos uma placa composta. L2 L1 Quente TQ k2 Placa Q k1 Placa Frio TF P cond K 2 ( T A P cond Q TX ) K1A L2 ( TQ TX ) A L / k ( T X T L 1 F ) Prof. Roberto Claudino 25

26 Radiação A taxa com que um objeto emite energia é dada por : 4 P rad AT = Constante de Stefan-Boltzmann 8 4 5,674x1 W / m². K = Emissividade da superfície do objeto. Prof. Roberto Claudino 26