Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Transcrição

1 Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia Departamento de Ciências Exatas e Naturais 3 ermologia Física II Prof. Roberto Claudino Ferreira Prof. Roberto Claudino 1

2 ÍNDICE 1. Conceitos Fundamentais; 2. Escalas termométricas; 3. Dilatação érmica; 4. Calor; 5. Capacidade érmica; 6. Calor Específico; 7. Calor de ransformação; 8. ransmissão de Calor. Prof. Roberto Claudino 2

3 OBJEIVO 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 Conceitos Fundamentais ermologia: Ciência que estuda o calor. Calor: Energia em transito. emperatura: Medida da agitação das moléculas. Ou seja, é a média da energia cinética de cada molécula. Equilíbrio érmico: emperaturas iguais. ermômetro: Aparelho de medição de temperaturas. Dilatação: Aumento das dimensões de um corpo. Prof. Roberto Claudino 5

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

6 Relação entre escalas ermométricas 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

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

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

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

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

11 2º Problema: Demonstre as expressões abaixo, e explique seu sentido físico. 12 Prof. Roberto Claudino )] ( 3 [1 )] ( 2 [1 )] ( [1 V V S S L L f f f f f f

12 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 érmico Prof. Roberto Claudino 13

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

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

15 Calor Específico Molar É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de (1mol) de uma dada substância em 1 ºC. Q mc 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 cal mol C Prof. Roberto Claudino 16

16 Calor de ransformação 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. cal g Prof. Roberto Claudino 17

17 Mudanças de Estado Prof. Roberto Claudino 18

18 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

19 4º Problema: Um lingote de cobre de massa mc = 75g é aquecido em um forno de laboratório até a temperatura = 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 i = 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 f do sistema quando o equilíbrio térmico é atingido. Prof. Roberto Claudino 21

20 ransmissão 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

21 Exemplos de Radiação Prof. Roberto Claudino 23

22 Condução de Calor Consideremos uma placa de área A e espessura L, cujas faces são mantidas a temperaturas de fontes quentes (Q) e fria (F). 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 Q A unidade de medida é dada por: J s L F Quente Q k Placa Frio F Prof. Roberto Claudino 24 L Q

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

24 5º Problema: Considere uma placa em contato no seu lado esquerdo com um reservatório quente e a sua direita com um reservatório frio. Suponha que L = 5, cm, A = 15, cm² e que o material é cobre. Se Q = 1ºC, F = 6ºC e um regime estacionário é atingido, determine a taxa de condução de calor através da placa. Prof. Roberto Claudino 26

25 Radiação A taxa com que um objeto emite energia é dada por : 4 P rad A = Constante de Stefan-Boltzmann 8 4 5,674x1 W / m². K = Emissividade da superfície do objeto. Prof. Roberto Claudino 27