Fisica do Calor ( ) Prof. Adriano Mesquita Alencar Dep. Física Geral Instituto de Física da USP B03. Primeira Lei da Termodinâmica

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1 Fisica do Calor ( ) Prof. Adriano Mesquita Alencar Dep. Física Geral Instituto de Física da USP B03 Primeira Lei da Termodinâmica

2 Data Programa do curso August 9 August 12 August 16 August 19 August 23 August 26 August 30 September 2 September 6 September 9 September 13 September 16 September 20 September 23 September 27 September 30 October 4 October 7 October 11 October 14 October 18 October 21 October 25 October 28 November 1 November 4 November 8 November 11 November 15 November 18 November 22 November 25 November 29 Temperatura e escalas Expansão Térmica Calorimetria Condução, convenção Radiação (Corpo Humano) Equação de Estado Propriedades moleculares da Matéria (Aula de Exercícios e Revisão) Aula Modelo do Gas Ideal Feriado Feriado Prova 3 1/4 - Temperatura e Calor - Capacidade Têrmica Velocidade molecular (Corpo Humano) (Aula de Exercícios e Revisão) Prova 3 2/4 - Propriedades da Matéria - Aula Fases da matéria Prova 1: Temperatura, Calor e Propriedades da Matéria Calor e trabalho A primeira lei da Termodinâmica Processos termodinâmicos Semana de Ensino (IFUSP) Semana de Ensino (IFUSP) Termodinâmica do Gas Ideal (Aula de Exercícios e Revisão) Prova 3 3/4 - Primeira Lei da Termodinâmica - Aula Processos adiabaticos Processos reversíveis e irreversíveis (Corpo Humano) Maquinas térmicas, Ciclo de Otto e Refrigerador (Corpo Humano) Segunda Lei da Termodinâmica Ciclo de Carnot (Aula de Exercícios e Revisão) Feriado Entropia Micro estados Prova 3 4/4 - Segunda Lei da Termodinâmica - Aula Micro estados Prova 2: Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica Prova Sub

3 Processos Cíclicos U =0 e Q = W Processos Isolados U =0 e Q = W =0

4 Energia Interna e a Primeira Lei U = Q W Uma generalização do principio de conservação de energia que inclui transferencia de energia via calor e trabalho realizado. Para mudanças infinitesimal: du = dq dw Para os sistemas que iremos discutir: du = dq pdv dw = pdv

5 Entalpia U = Q W A pressão constante: Q p = U 2 U 1 + p(v 2 V 1 ) =(U 2 + pv 2 ) (U 1 + pv 1 ) = U + p V A quantidade a direita é a quantidade de calor que foi trocada a pressão constante, é uma função de estado chamado de entalpia: H = U + pv Apesar de w depender do caminho w = p ext V U, p e V separadamente são funções de estado

6 Quando a entalpia varia muito lentamente H = (U + pv ) Se p é constante = U + (pv ) = U + p V + V p H = U + p V + V ( p = 0) =( U = q + w)+p V = q p +(w = p V )+p V = q p H é um componente da função de estado energia livre de Gibbs, G, no qual se prevê a direção de alteração espontânea por um processo a pressão e temperatura constante - as restrições experimentais preferidas do cientista biológica.

7 Entalpia, H Se em um processo termodinâmico V 0 (reação em solução em que gás não é produzido nem consumido), então U q p H = U + pv H H = U + (pv ) = U + (nrt ) Numero de mols de gás que mudaram na reação = U + RT n T constante

8 Entalpia, H H = U + RT n R, é uma constante universal, J/K mol Em um experimento dessa bomba de calorímetro com Etanol, a 298K e volume constante, 1368 kj/mol de calor é liberado C 2 H 5 OH(`)+3O 2 (g)! 2CO 2 (g)+3h 2 O(`)

9 Entalpia, H H = U + RT n H = U n H = U n C 2 H 5 OH(`)+3O 2 (g)! 2CO 2 (g)+3h 2 O(`) n =2 3= 1 H = (J/mol) Se a variação de entalpia é negativo o processo é exotérmico. Caso contrario o processo é endotérmico

10 Entalpia, H Tabelas de oxidação, obtidas através de métodos como o calorímetro são utilizadas por físicos, bioquímicos e nutricionistas. Podemos usar equipamentos como o calorímetro para investigar o que acontece no nosso corpo

11 Equivalente mecânico da Caloria Joule repetiu esse experimento inúmeras vezes, mudando o fluido, as paletas, etc.mudou ate o modelo do experimento, aquecendo via um resistor elétrico. O resultado diferiu em menos de 5%. O valor atualmente aceito é 1 cal ~ 4.2 J

12 A quantidade de energia de alimentos pode ser medida pela queima completa dos alimentos secos em um calorímetro de bomba, um método conhecido como calorimetria direta. No entanto, os valores indicados nos rótulos dos alimentos não são determinados desta maneira. A razão para isso é que a calorimetria direta também queima a fibra dietética, e assim não permite perdas fecais; assim, calorimetria direta daria superestimativa sistemáticas da quantidade de combustível que realmente entra no sangue através da digestão. O que são usados em vez são testes químicos padronizados ou uma análise de a receita de referência para o uso de tabelas ingredientes comuns