Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia Departamento de Ciências Exatas e Naturais 3 ermologia Física II Prof. Roberto Claudino Ferreira Prof. Roberto Claudino 1
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
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
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
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
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
Dilatação érmica 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 L L L [ 1( )] f Coeficiente de Dilatação Linear Prof. Roberto Claudino 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
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.
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
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
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
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
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
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
Mudanças de Estado Prof. Roberto Claudino 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
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
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
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 (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
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
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
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