FÍSICA TÉRMICA TEMPERATURA, DILATAÇÃO TÉRMICA, CALORIMETRIA E TRANSMISSÃO DE CALOR

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1 FÍSICA TÉRMICA TEMPERATURA, DILATAÇÃO TÉRMICA, CALORIMETRIA E TRANSMISSÃO DE CALOR

2 TEMPERATURA Grandeza Fundamental do S.I. Medida aproximada de agitação média de moléculas Unidade Principal: (Kelvin) Não é graduada, ou seja, não tem graus Temperatura ambiente: º

3 A LEI ZERO DA TERMODINÂMICA "Se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si Chama-se de lei zero por ser mais fundamental que as outras três leis da termodinâmica Trabalharemos a 1ª e a 2ª Garante a definição de escalas de temperatura. Em uma linguagem menos formal : Todo corpo possui uma propriedade chamada temperatura. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, suas temperaturas são iguais, e vice-versa.

4 ESCALAS DE TEMPERATURA Temperatura ºC ºF Ponto de ebulição da água Temperatura Normal do Corpo Temperatura Confortável Congelamento da Água ,0 98, ºF Coincidência de Escalas

5 MÉTODO DA SEMELHANÇA DE ESCALAS

6 DILATAÇÃO TÉRMICA Objetos submetidos a um aumento de temperatura tendem, em geral, em expandir seu volume. Projetos de engenharia devem levar em conta este detalhe para evitar problemas relacionados: Juntas de dilatação em pontes e trilhos. Montagem de termômetros de precisão

7 DILATAÇÃO LINEAR Considerando um corpo com duas de suas dimensões muito pequenas em relação a terceira (fio, tira metálica, por exemplo) = = = : coeficiente de dilatação linear do material (propriedade do material) = = º =

8 DILATAÇÃO LINEAR Substância ou Material ( º ) Gelo (a 0ºC) 51 Chumbo 29 Alumínio 23 Latão 19 Cobre 17 Concreto 12 Aço 11 Vidro (comum) 9 Vidro (Pyrex) 3,2 Diamante 1,2

9 DILATAÇÃO SUPERFICIAL E VOLUMÉTRICA = = : coeficiente de expansão superficial : coeficiente de expansão volumétrico = 2 = 3

10 EXERCÍCIOS

11 CALORIMETRIA TEMPERATURA E CALOR Calor é uma espécie de energia transiente. Calor é a energia trocada entre um sistema e o ambiente devido a uma diferença de temperatura Assim como o trabalho mecânico de uma força, determina energia recebida ou cedida por um corpo Para que haja variação de temperatura em um corpo obrigatoriamente deve haver troca de calor A energia térmica, no caso o calor, sempre flui de corpos com maior temperatura para os de menor temperatura

12 CALORIMETRIA UNIDADES DE CALOR Símbolo para calor: No S.I., calor é energia, logo, formalmente =!"#$ Unidade mais utilizada para calor: = %&#!'(& %&# 1 %&# = 4,1868 (equivalente térmico mecânico) Outra unidade 1 %&# = 3, / 01" (British Thermal Unit)

13 CALORIMETRIA UNIDADES DE CALOR Potência: Quantidade de energia transferida por unidade de tempo 2 = 1 2 = 1 2 = 3 4 = 5&11 5 ou 2 = 678 4

14 CALORIMETRIA ABSORÇÃO DE CALOR POR SÓLIDOS E LÍQUIDOS CALOR SENSÍVEL Capacidade Térmica : A capacidade térmica de um Objeto é a constante de proporcionalidade entre o calor recebido ou cedido pelo objeto e a variação da temperatura Unidade: = 678 º; = 678 < ou = 3 º; = 3 < Calor Específico %: = = 9 : O calor específico de um Material, ou ainda, a Capacidade Térmica por Unidade de Massa é conveniente de ser definida pois dois objetos de materiais diferente podem ter a mesma, mas não podem ter o mesma %. = = % Unidade: % = 678 > º; = 678 > < ou % = 3?> º; = 3?> <

15 CALORIMETRIA ABSORÇÃO DE CALOR POR SÓLIDOS E LÍQUIDOS CALOR SENSÍVEL Conversões de Unidades: % = 1 º = 1 01" #A ºB = 4186,8 C@ Substância º Calor Específico C@ Chumbo 0, Prata 0, Cobre 0, Alumínio 0, Latão 0, Vidro 0, Gelo (a -10ºC) 0,

16 CALORIMETRIA ABSORÇÃO DE CALOR POR SÓLIDOS E LÍQUIDOS CALOR SENSÍVEL Calor específico molar Em muitas circunstancias, a unidade mais conveniente para especificar a quantidade de uma substancia é o mol, definido por 1 =!# = 6,02 10 D/ unidades elementares Quando a quantidade de uma substância é expressa em mols, é conveniente expressar seu calor específico em termos de quantidade de calor por mol Exemplos Chumbo Tungstênio Prata Cobre Alumínio 26,5 =!# 24,8 =!# 25,5 =!# 24,5 =!# 24,4 =!#

17 CALORIMETRIA ABSORÇÃO DE CALOR POR SÓLIDOS E LÍQUIDOS CALOR LATENTE Calor de transformação de fase Toda troca de fase exige uma mudança nas ligações intermoleculares A energia requerida para a disassociação (sólido líquido ou líquido gasoso) é relativamente maior que para um aumento de temperatura de uma substancia em um estado fixo Em substancias puras, não há aumento de temperatura na mudança de fase, mas tem que haver fornecimento de calor para que a mudança ocorra

18 CALORIMETRIA ABSORÇÃO DE CALOR POR SÓLIDOS E LÍQUIDOS CALOR LATENTE = = = 678 > ou = 3?> = 10/?3?> : Calor Latente de fusão ou de vaporização, depende da troca de fase Substância Fusão Ponto de Fusão 9 C C@ Ponto de Ebulição Ebulição Hidrogênio ,3 455 Oxigênio 54,8 13,9 90,2 213 Mercúrio , Água Chumbo , Prata Cobre P C C@

19 CALOR LATENTE - CONVERSÕES Para a água P = 539 = 40,7 C =!# = 2256 C C@ 9 = 79,5 = 6,01 C =!# = 333 C C@

20 EQUILÍBRIO TÉRMICO No equilíbrio térmico, a temperatura de todos os componentes do sistema deve ser igual Em relação a troca de calor, entende-se que o calor cedido (-) tem de ser igual ao calor absorvido (+) Matematicamente Quem cede calor Quem recebe calor + ST67U = 0 No calor sensível não é necessário colocar o sinal por o sinal vem junto com. Se > 0, automaticamente, > 0 e vice-versa No calor latente é necessário verificar se o calor é absorvido ou cedido por cada um dos constituintes do sistema!

21 EXERCÍCIOS Halliday, C 18, 36 - Que massa de vapor a 100 C deve ser misturada com 150 g de gelo no ponto de fusão, em um recipiente isolado termicamente, para produzir água a 50 C? Halliday C 18, 37 - Uma pessoa faz chá gelado misturando 500 g de chá quente (que se comporta como água pura) com a mesma massa de gelo no ponto de fusão. Suponha que a troca de energia entre a mistura e o ambiente é desprezível. Se a temperatura inicial do chá é Ti = 90 C, qual é (a) a temperatura da mistura Tf e (b) qual a massa mf do gelo remanescente quando o equilíbrio térmico é atingido? Se Ti = 70 C, qual é o valor (c) de Tf e (d) de mf quando o equilíbrio térmico é atingido?