TERMOLOGIA
IVAN SANTOS
CONCEITOS FUNDAMENTAISTemperatura: Medida da agitação molecular.Calor: Energia térmica em trânsito.
Equilíbrio térmico: temperaturas iguais.
Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
Relação de Conversão de VariaçõesEquações de Conversão
RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Pressão de
1 Atm
CELSIUS ( ºC ) FAHRENHEIT ( ºF ) KELVIN ( K )
Dilatação Térmica
→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta.
→ Os átomos que constituem um sólido se distribuem ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio.
→ Quando a temperatura aumenta, há um aumento da
agitação, fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em conseqüência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.
Dilatação Térmica:Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia.
- Dilatação Linear
- Dilatação Superficial
- Dilatação Volumétrica
Entre elas temos:
Dilatação Linear
Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).
TLL o ..
oLLL
Problema exemplo: • A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante
em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10-6 °C-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C?
RESOLUÇÃO:
O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é:
ΔL = L0 . α . Δθ
ΔL = 30 . (11 . 10-6) . (40 – 10) = 99 . 10-4 m
• ou 0,0099m
Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.
RESOLUÇÃOComo α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.
Problema exemplo:
Dilatação SuperficialEstuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).
TAA o ..
oAAA .2
• O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida?
RESOLUÇÃO
A experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.
Uma chapa possui área de 4m2 a 0oC. Aquecendo-se a chapa a 50oC, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado = 10.10-6 oC-1
ΔA = A0 . β . Δθ
Obs.: β = 2.α
ΔA = 4 . (2 x 10 . 10-6) . (50 – 0) = 0,004m2
A = 4 + 0,004 = 4,004m2
Dilatação VolumétricaEstuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).
TVV o ..
oVVV
.3
O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100cm3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40oC de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1.10-5 oC-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera.
ΔV = V0 . γ . Δθ
Obs.: γ = 3.α
ΔV = 100 . (3 x 1 . 10-5) . 40 = 0,12cm3
Problema exemplo:
Dilatação Volumétrica dos líquidos.
Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.
TVV o ..
recapliquido
O caso da água
A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção.
Gráfico I
O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 4°C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).
Comentário sobre o caso da água
Gráfico II
O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, , tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.
Comentário sobre o caso da água
Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta.
A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.
Calorimetria
A troca de calor entre dois corpos cessa quando for atingido o equilíbrio térmico.
Obs: O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
Calor Sensível
É o calor que provoca variação de temperatura sem haver mudança de estado físico.
tcmQ ..
Calor Latente
É o calor que provoca mudança de estado físico sem variar a temperatura.
LmQ .
Capacidade Térmica
È a razão entre o calor trocado por ele e sua respectiva variação temperatura.
T
QC
cmC .
Obs: A capacidade térmica depende da massa, da natureza da substância, temperatura e pressão.
Calor específico
É a quantidade de calor necessária para variar 1ºC a temperatura de 1g de substância.
Obs:
- O calor específico depende da natureza da substância.
- O calor específico muda com a variação da temperatura.
- Toda substância tem em cada estado físico, um valor diferente para o calor específico.
Trocas de calor
Qcedido + Qrecebido = 0
Qcedido = - Qrecebido
- Dois corpos:
- Mais de dois corpos:
Q1+Q2+Q3+ ... +Qn = 0
Mudança de estado físico
Exercício:
1 Têm-se 20 g de gelo a -10o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20o C? Dados: c gelo = 0,5 cal /g. oC; c água = 1 cal /g. oC; é LF = 80 cal / g.
2 O gráfico representa o calor Q transferido para uma substância em função de sua temperatura T. A massa da substância é de 500 g. Qual o seu calor especifico, suposto constante?
0,4 J/ g oC0,8 J/ g oC1,0 J/ g oC1,2 J/ g oC1,6 J/ g oC
Curvas de estado
Substâncias que aumentam de volume na fusão.(maioria das substâncias)
Curvas de estado
Substâncias que diminuem de volume na fusão.(exceção)
Propagação de calor
- Condução;
- Convecção;
- Irradiação.
A propagação de calor acontece de três maneiras diferentes:
Propagação de calor
O calor passa de molécula a molécula; É próprio para os sólidos; Não ocorre no vácuo.
- Condução:
e
tTAKQ
..
Propagação de calor
Ocorre nos fluídos com o deslocamento de partículas. Não ocorre no vácuo.
- Convecção:
Propagação de calor
Quando o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Única que ocorre no vácuo.
- Irradiação:
Variáveis de estado:
- Pressão
- Volume
- Temperatura.
Condição: Baixa pressão e alta temperatura.
Estudo dos gases ideais.
Estudo dos gases ideais.
Equação de Clapeyron
Equação geral dos gases:
2
22
1
11 ..
T
VP
T
VP
TRnVP ...
Estudo dos gases ideais.
Isotérmica: Temperatura constanteTransformações
Isobárica: Pressão constante.Transformações Estudo dos gases ideais.
Isométrica: Volume constanteTransformações Estudo dos gases ideais.
TERMODINÂMICA
1º LEI DA TERMODINÂMICA:
Lei da conservação da energia.
UQ Adiabática: Sem troca de calor.
Transformação
Trabalho sob pressão constante
VpVVp if
Volume – m3 , pressão – N/m2 e temperatura em Kelvin, trabalho em Joules
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
• O trabalho pode converter-se totalmente em calor, porém o calor não pode converter-se totalmente em trabalho
O calor passa espontaneamente dos corpos de maior temperatura para os de menor
temperatura
MÁQUINA TÉRMICA
Energia térmica Energia mecânica
21 QQ 1Q
FIM DA AULA
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