Energia: Capacidade de realizar trabalho.

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1 Energia: Capacidade de realizar trabalho. Formas de energia: Matéria: - Cinética (movim. macroscópico, térmica, etc) - Potencial (elétrica, gravitacional, elástica, etc) Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Principais estados da matéria: Sólido, Líquido e gasoso. 1

2 Principais Estados da Matéria Sólido Forma rígida; Arranjo ordenado; compacto, Volume definido; Movimento molecular restrito. Líquido Forma indefinida; Arranjo desordenado; Volume definido; Partículas movem-se umas entre as outras. Gás Forma indefinida; Arranjo totalmente desordenado; Volume indefinido; Partículas livres para se moverem. Aquece Resfria Aquece Resfria 2

3 Temperatura: Noção intuitiva Grandeza física que indica o estado (grau de agitação) das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. T 1 > T 2 T 1 > T eq > T 2 T 1 T 2 T T contato 3

4 Calor e sua propagação Calor (uma definição): Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura entre os corpos. Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio. 4

5 Unidades de medida de calor caloria cal Joule J British thermal unit Btu O Btu é a quantidade de calor pra elevar 1 lb de água de 63 F para 64 F. Joule - unidade adotada pelo SI para energia. A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5 C para 15,5 C uma quantidade de 1g de água. 5

6 Convenção para a Troca de calor calor recebido Q > 0 Q < 0 calor retirado 6

7 Troca de Calor Corpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio. Em um sistema isolado, a quantidade total de calor trocado entre os corpos é nula, ou seja, o calor total recebido pelos corpos mais frios é igual ao calor total retirado dos corpos mais quentes. Q Q2 + Q3 + + Qn = 0 7

8 Termodinâmica: Estuda as interações(trocas de energia) entre um sistema e suas vizinhanças. Transferência de calor: Indica como ocorre e qual a velocidade com que o calor é transportado. 8

9 O que ocorre com a temperatura de um corpo quando se transfere calor a ele?? A temperatura pode aumentar ou não. 9

10 Calor sensível Quando o calor é utilizado pela substância apenas para variar sua temperatura, sem alterar seu estado físico. Ex.: aquecimento da água numa panela antes da fervura. Q = C T = m c T Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc]; C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC]; m = massa do corpo [g, kg]; c = calor específico da substância [J/(kg ºC)]; T = variação da temperatura (T final - T inicial ) [K, ºC]. 10

11 Calor específico e capacidade calorífica H 2 O Barra de ferro Calores específicos (a 25ºC e 1 atm) [J/(kg ºC]: H 2 O = 4200; Gelo (0ºC) =2040 Etanol = 2400; Alumínio = 900; Cobre = 390; Latão = 380; Ferro = 450; Vidro =

12 Valores de c (25ºC e 1 atm) Calor Específico Calor Específico Molar Substância cal/(g.k) J/(kg.K) J/(mol.K) Sólidos Elementares Chumbo Tungstênio Prata Cobre Alumínio 0,0305 0,0321 0,0564 0,0923 0, ,5 24,8 25,5 24,5 24,4 Outros Sólidos Latão Granito Vidro Gelo (-10 C) Líquidos Mercúrio Álcool etílico Água do mar Água doce Fonte: Halliday 0,092 0,19 0,20 0,530 0,033 0,58 0,93 1,

13 Calor Latente Quando o calor trocado é utilizado pela substância para mudar de estado físico, sem variação de temperatura e sob pressão constante, ele é chamado de calor latente. Ex.: fornecimento de calor à água fervente. VAPORIZAÇÃO 13

14 Mudança de fase O calor latente de mudança de estado pode ser: endotérmico (Q > 0): As transformações de fusão, vaporização e sublimação são endotérmicas pois a matéria precisa absorver calor. exotérmico (Q < 0): As transformações de liquefação, solidificação e sublimação inversa são exotérmicas, pois a matéria precisa liberar calor. 14

15 Temperatura (uma definição): Grandeza física que indica a direção e permite o cálculo da intensidade do fluxo de calor trocado entre dois corpos. 15

16 Processos de Transferência de Calor Condução Convecção Radiação térmica Condução Convecção Radiação térmica 16

17 Condução Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto. Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar. Característico de meios estacionários. Fonte: 17

18 Condução de Calor 18

19 Condução Calor Condução de calor ao longo de uma barra. T 1 > T 2 Condução de calor ao longo de gás confinado. A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio. 19

20 Condução - Aplicações e conseqüências Conforto térmico corporal; Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes). Por que os iglus são feitos de gelo? k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC) c p (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC) 20

21 Convecção Transmissão atravésda agitação moleculare do movimentodo próprio meio ou de partes deste meio; Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas; É o transporte de calor típico dos meios fluidos. Fonte: 21

22 Convecção natural e forçada Na convecção natural, ou livre, o escoamento do fluidoéinduzidoporforçasdeempuxo, que vem de diferenças de densidade causadas por variação de temperatura do fluido. Transporte natural de fluidos Convecção natural 22

23 Convecção natural e forçada Na convecção forçada o fluido é forçado a circular sobre a superfície por meios externos, como uma bomba, um ventilador, ventos atmosféricos. Transporte forçado de fluidos Convecção forçada 23

24 Convecção - Aplicações e conseqüências Conforto ambiental; Refrigeração de circuitos elétricos. 24

25 Irradiação ou radiação térmica - Toda a matéria que se encontra a uma temperatura acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica. - Não necessita de meio material para ocorrer, pois a energia é transportada por meio de ondas eletromagnéticas. - É mais eficiente quando ocorre no vácuo. 25

26 Radiação Térmica ou Irradiação 26

27 Ondas eletromagnéticas 27

28 Transmissão de calor por Radiação Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bom emissor de radiação térmica e todo bom refletor é um mau emissor de radiação térmica. Corpo negro é também o emissor ideal de radiação térmica (radiador ideal)!!!! Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: fuligem (a = ε = 0,94). Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: prata polida (a = ε = 0,02). 28

29 Radiação Térmica - Aplicações Fonte alternativa de energia; Previsões meteorológicas baseiam-se nas emissões de infra-vermelho provenientes da terra. 29

30 Processos de Transferência de Calor Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações. Trocador de Calor 30