Aula 13 Medindo o calor 1. Mudança de estado físico (solidificação) (liquefação) Sólido - Líquido - Gás (fusão) (ebulição) 2. Curvas de aquecimento Gráfico de Temperatura x Quantidade de calor: T x Q Exemplos: Água: T F = 0ºC T E = 100ºC Álcool: T F = -114ºC T E = 78ºC Estanho: T F = 231ºC T E: 2602ºC 3. Medida da quantidade de calor a) Quantidade de calor sensível (Q S) Para mudanças de temperatura. Q S = m.c.δt Onde: m: massa do corpo c: calor específico do material ΔT: variação de temperatura b) Quantidade de calor latente (Q L) Para mudanças de estado físico. Q L = m.l Onde: m: massa do corpo L: calor específico latente do material
Aula 14 Calorimetria Exercícios (exemplos) 1. Quantas calorias são necessárias para elevar de 20ºC a 80ºC a quantia de 1 litro de água? Dado: c(água) = 1 cal/g.ºc 2. Quantas calorias são necessárias para derreter 1000 g de gelo a 0ºC? Dado: L(fusão) = 80 cal/g 3. Quantas calorias são necessárias para transformar 1000g de gelo a 10ºC em vapor d'água a 120ºC? Dados: c(gelo) = 0,5 cal/gºc c(água) = 1 cal/gºc c(vapor) = 1,5 cal/gºc L(fusão) = 80 cal/g L(vaporização) = 480 cal/g
Aula 15 Equilíbrio térmico Definição Corpos com temperatura diferente entram em equilíbrio térmico se colocados em contato físico por tempo indeterminado. O mais quente cede calor e o mais frio ganha calor, até que atinjam a temperatura de equilíbrio. Matematicamente: Q R + Q C = 0 Onde: Q R: calor recebido pelo corpo frio. Q C: calor cedido pelo corpo quente. Exemplo: Mistura-se 1 l de água a 80ºC com 200ml de água a 15ºC. Considerando que a mistura se deu num isolante térmico, qual a temperatura de equilíbrio da mistura?
Aula 16 Calorimetria Exercícios 1. Qual a quantidade de calor necessária para aquecer 200g de gelo a -15ºC a vapor d'água a 120ºC? Dados: c(gelo) = 0,5 cal/gºc c(água) = 1 cal/gºc c(vapor) = 0,45 cal/gºc L(fusão) = 80 cal/g L(vaporização) = 540 cal/g 2. Uma criança com 55kg está com febre. Qual a variação de temperatura se ela for molhada com 500 cm 3 (5.10-4 kg) de álcool? Dados: c(criança) = 0,83 kcal/kg.ºc L(vapor-álcool) = 204 kcal/kg
Aula 17 Equilíbrio térmico 1. Exercício de fixação Mistura-se 400 ml de água a 25ºC com 1 litro de álcool a 5ºC. Sabendo que o calor específico da água é de 1cal/gºC e que do álcool é de 0,7cal/gºC, qual a temperatura de equilíbrio?
Aula 18 Trocas de Calor Processos onde corpos (matéria) com diferentes temperaturas recebem ou doam energia térmica (calor). 1. Condução Troca de calor por contato direto entre materiais, o choque entre as partículas com diferentes temperaturas, ou seja, diferentes graus de agitação, gera uma troca de energia. Ex.: Cabo e panela, termômetro e corpo, xícara e café... 2. Convecção A circulação de fluidos com diferentes temperaturas faz com que materiais frios sejam trocados por quentes, ocasionando troca de calor. Ex.: água fervente, ventos no ambiente, circulação na geladeira... 3. Irradiação Ondas eletromagnéticas (infravermelho/microondas) emitidas por corpos de diferentes temperaturas são sentidas gerando aquecimento ou resfriamento do corpo em questão. Ex.: aparelho de micro-ondas, rosto na fogueira, Sol para a Terra...
Aula 19 Trocas de Calor 1. Exercícios I. Por que um líquido ou um gás começam a se movimentar quando aquecidos? II. Duas bandejas foram colocadas em uma prateleira da geladeira. A parte da geladeira abaixo desta prateleira passou a refrigerar muito mal. Por quê? III. Por que a comida é aquecida em panelas de metal e servida em travessas de cerâmica ou vidro? IV. Na física, é correto dizer que um agasalho é quente? Justifique. V. O que diferencia a irradiação dos processos de convecção e de condução?
Aula 20 Máquinas térmicas 1. Definição: Não são aquelas que produzem ou retiram calor, mas as que produzem movimentação, que geram trabalho mecânico ou que geram energia elétrica, a partir da perda ou do recebimento de calor. As máquinas térmicas realizam a seguinte função: CALOR trabalho mecânico CALOR produção de energia elétrica CALOR movimento 2. Exemplos: Máquina a vapor; Automóvel; Usina termoelétrica. 3. Questionamento: Como essas máquinas transformam energia térmica em trabalho mecânico?
Aula 21 Máquinas térmicas 1. Ciclos termodinâmicos em gases Variáveis: T, P e V. P α T P α 1/V P.V/T = cte. Relação dos gases ideais Variação do volume é trabalho mecânico! V α T Exemplo da garrafa. 2. Motores Ciclo de Carnot (~ 1830 / idealizado) Ciclo Otto (~ 1870) Ciclo Diesel (~ 1880)
Aula 22 Máquinas térmicas 1. Motor à gasolina/álcool (Otto) 1. Admissão isobárica 0-1. 2. Compressão adiabática 1-2. 3. Combustão isocórica 2-3, expansão adiabática 3-4. 4. Abertura de válvula 4-5, exaustão isobárica 5-0. 2. Vídeos - Motor 4 tempos à gasolina (4cilindros - 8 válvulas) - Motor 4 tempos à gasolina detalhado (4 cilindros 16 válvulas) - Motor 4 tempos ao óleo Diesel - Motor à gasolina W12 (Bugatti Veyron)
Aula 23 Transformações gasosas 1. Tipos de transformações Variáveis internas: T, P e V. Variável externa: Q. a) Isotérmica: transformação a temperatura constante; Lei de Boyle: P.V = K 1 b) Isobárica: transformação a pressão constante; Lei de Charles: V/T = K 2 c) Isovolumétrica: transformação a volume constante; Lei de Gay-Lussac: P/T = K 3 ambiente. d) Adiabática: transformação sem troca de calor com
Aula 24 Transformações gasosas 1. Lei Geral dos Gases Das transformações mencionadas na aula 23 para determinada massa de gás, temos: P.V/T = K Assim, P 1.V 1/T 1 = P 2.V 2/T 2 = P 3.V 3/T 3 = K (Equação geral dos gases) onde K = n.r sendo que: n: número de mols do gás. R: constante universal dos gases. R = 0,082 atm.l/mol.k R = 62,3 mmhg.l/mol.k R = 8,31 kpa.l/mol.k Temos então a chamada Equação de Clapeyron: P.V = n.r.t