Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia Departamento de Estudos Básicos e Instrumentais 3 Termologia Física II Prof. Roberto Claudino Ferreira Prof. Roberto Claudino 1
ÍNDICE 1. Conceitos Fundamentais; 2. Escalas termométricas; 3. Dilatação Térmica; 4. Calor; 5. Capacidade Térmica; 6. Calor Específico; 7. Calor de Transformação; 8. Transmissão de Calor. Prof. Roberto Claudino 2
OBJETIVO 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
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Explanar sobre os conceitos fundamentais; Abordar a relação entre as escalas termométricas; Citar os tipos de dilatação térmica; Conceituar calor; Explorar capacidade térmica, calor específico e calor de transformação; Abordar as transmissões de calor; Resolução de problemas. Prof. Roberto Claudino 4
Conceitos Fundamentais Termologia: Ciência que estuda o calor. Calor: Energia em transito. Temperatura: Medida da agitação das moléculas. Ou seja, é a média da energia cinética de cada molécula. Equilíbrio Térmico: Temperaturas iguais. Termômetro: Aparelho de medição de temperaturas. Dilatação: Aumento das dimensões de um corpo. Prof. Roberto Claudino 5
Relação entre escalas Termométrica b a Relação entre escalas a b 1º Problema: Encontre a relação entre as escalas termométricas. Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Prof. Roberto Claudino 6
Relação entre escalas Termométricas 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
Dilatação Térmica Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia. Se dividem em: Linear Superficial Volumétrica Prof. Roberto Claudino 8
Dilatação Linear Estuda a dilatação em apenas uma dimensão. (Comprimento). L L L f L T L L L [ 1( T T )] f Coeficiente de Dilatação Linear Prof. Roberto Claudino 9
Dilatação Superficial Estuda a dilatação em duas dimensões. (Comprimento e Largura). 2 )] ( [1.. T T S S S S S T S S f f Coeficiente de Dilatação Superficial. 1 Prof. Roberto Claudino
Dilatação Volumétrica Estuda a dilatação em três dimensões. (Comprimento, Largura e Altura). 11 Prof. Roberto Claudino 3 )] ( [1.. T T V V V V V T V V f f Coeficiente de Dilatação Volumétrica.
2º Problema: Demonstre as expressões abaixo, e explique seu sentido físico. 12 Prof. Roberto Claudino )] ( 3 [1 )] ( 2 [1 )] ( [1 T T V V T T S S T T L L f f f f f f
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 Térmico Prof. Roberto Claudino 13
Capacidade Térmica É a constante de proporcionalidade entre o calor Q recebido ou cedido por um objeto e a sua variação de temperatura. C Q T A unidade de medida é dada por unidade de energia por unidade de temperatura. C J K ou cal K Obs: 1 cal = 4,1868J Prof. Roberto Claudino 14
Calor Específico É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1g de uma dada substância em 1ºC. Q mct A unidade de medida é dada em unidade de energia por unidade de temperatura e massa. c J KgK Prof. Roberto Claudino 15
Calor Específico Molar É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de (1mol) de uma dada substância em 1 ºC. Q mct 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 J mol.k Prof. Roberto Claudino 16
Calor de Transformação 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. J Kg Prof. Roberto Claudino 17
Mudanças de Estado Prof. Roberto Claudino 18
Temperatura x Quantidade de calor fornecida a 1g de gelo inicialmente a -3ºC Prof. Roberto Claudino 19
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
4º Problema: Um lingote de cobre de massa mc = 75g é aquecido em um forno de laboratório até a temperatura T = 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 Ti = 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 Tf do sistema quando o equilíbrio térmico é atingido. Prof. Roberto Claudino 21
Transmissão 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
Exemplos de Radiação Prof. Roberto Claudino 23
Condução de Calor Consideremos uma placa de área A e espessura L, cujas faces são mantidas a temperaturas de fontes quentes (TQ) e fria (TF). 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 T Q A unidade de medida é dada por: J s T L F Quente TQ k Placa Frio TF Prof. Roberto Claudino 24 L Q
Condução através de placa composta Consideremos uma placa composta. L2 L1 Quente TQ k2 Placa Q k1 Placa Frio TF P cond K 2 ( T A P cond Q TX ) K1A L2 ( TQ TX ) A L / k ( T X T L 1 F ) Prof. Roberto Claudino 25
Radiação A taxa com que um objeto emite energia é dada por : 4 P rad AT = Constante de Stefan-Boltzmann 8 4 5,674x1 W / m². K = Emissividade da superfície do objeto. Prof. Roberto Claudino 26