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Física Física Presentation Transcript

  • Física
  • Transmissão ou propagação de calor é a transição de energia termica de uma massa (corpo) mais quente para uma massa mais fria. Em outras palavras, é a troca de energia calorífica entre dois corpos de temperaturas diferentes. A energia térmica, pode passar de um corpo para o outro fundamentalmente de três maneiras diferentes: condução , convecção e radiação . Vamos vê-las separadamente: Condução Condução é a transferência de calor por contato direto das partículas de matéria, a transferência de energia pode ser primariamente por impacto elástico,em outras palavras o calor é transferido por condução quando átomos adjacentes vibram um contra o outro, ou quando elétrons movem-se de um átomo a outro, condução é maior em corpos sólidos. Convecção Convecção é a transferência de energia térmica pelo movimento de moléculas de uma parte do material para outra. À medida que aumenta o movimento dos fluidos, ocorre a transferência de calor convectiva. A presença de maior movimento do fluido aumenta a transferência de calor entre a superfície do sólido e o fluido.A taxa de transferência de calor convectiva é dada por: A é a área de transferência de calor; T s é a temperatura de superfície; T b é a temperatura do fluido na temperatura global; h é o coeficiente de transferência de calor constante que depende de propriedades físicas do fluido; Radiação Radiação é a transferência de energia térmica através do espaço vazio. Todos os objetos com uma temperatura acima do zero absoluto irradiam energia, nenhum meio é necessário para a irradiação ocorrer, pois é transferida através de ondas eletromagnéticas, radiação funciona mesmo através de uma vácuo perfeita. Como exemplo simples disso, a energia do Sol.
  • Estudo dos gases, lei dos gases Estudo dos gases e Lei dos gases Os gases reais que normalmente conhecemos como, por exemplo, o hélio, o nitrogênio e o oxigênio, apresentam características moleculares diferentes e particulares de cada um. Contudo, se colocarmos todos eles a altas temperaturas e baixas pressões eles passam a apresentar comportamentos muito semelhantes. No estudo dos gases adota-se um modelo teórico, simples e que na prática não existe, com comportamento aproximado ao dos gases reais. Essa aproximação é cada vez melhor quanto menor for a pressão e maior a temperatura. Esse modelo de gás é denominado de gás perfeito. Lei dos gases perfeitos : A expressão que determina a lei geral dos gases perfeitos e vista pela seguinte formula. Essa é uma expressão que é utilizada para quando as variáveis de um gás apresentar variações P é pressão inicial; V é volume inicial; T é temperatura inicial;
  • Lei de Boyle Robert Boyle, foi quem determinou a lei que rege as transformações sofridas por um gás, quando sua temperatura é mantida constante. Sua lei diz que quando um gás sofre uma transformação isotérmica, a pressão dele é inversamente proporcional ao volume ocupado. A temperatura constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão Po·Vo = pV Lei de Charles : É a lei que rege as transformações de um gás perfeito a volume constante. Essas transformações são chamadas de transformações isocóricas ou isométricas. Segundo essa lei, quando uma massa de gás perfeito sofre transformação isocórica, a sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma: Onde Po e To são respectivamente a pressão inicial e a temperatura inicial. Lei de Gay-Lussac: É a lei que rege as transformações de um gás perfeito à pressão constante. Segundo a lei, quando um gás sofre uma transformação isobárica o volume do gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma: Onde Vo e To correspondem respectivamente ao volume inicial e a temperatura inicial .
  • Transformações gasosas Quando um gás passa de um estado para outro dizemos que houve uma transformação gasosa. Em uma transformação gasosa pelo menos duas das variáveis de estado do gás sofrem alterações.Vamos analisar três transformações gasosas: isobárica, isotérmica e isovolumétrica. Transformação isobárica Nessa transformação o volume ocupado pelo gás é diretamente proporcional a sua temperatura. Essa lei ficou conhecida como Lei de Gay-Lussac, onde o volume e a temperatura variam, e a pressão mantém-se constante. V/T = K Transformação isovolumétrica Nessa transformação a pressão que o gás exerce é diretamente proporcional a sua temperatura. Essa lei ficou conhecida como Lei de Charles, onde a pressão e a temperatura variam, e o volume mantém-se constante. P/T = K Transformação isotérmica Nessa transformação a pressão exercida pelo gás é inversamente proporcional ao volume por ele ocupado. Essa lei ficou conhecida como Lei de Boyle-Mariotte, onde a pressão e o volume variam, e a temperatura mantém-se constante. P.V = K
  • Gráficos e Equações Gasosas
  •  
  • Através das três Transformações gasosas (isotérmica, isobárica, isovolumétrica) representadas respectivamente pelas equações: PV = K, V/T = K, P/T = K é que se chegou à Equação geral dos gases: Observe que a equação aborda as três variáveis de estado (P, V e T). Sendo assim, é possível conhecer o volume, a temperatura e pressão de um gás se nos basearmos nessa equação. Vejamos um exemplo: O diagrama acima representa as transformações de uma massa fixa de gás, baseando-se nele podemos responder às seguintes questões: - Qual o valor da pressão do gás no ponto A? Repare que o ponto A se localiza no valor 2,0 no vetor P (atm), portanto dizemos que o valor da pressão atmosférica em A é de 2 atm.
  • - E o valor da pressão no ponto B? Repare que esse ponto se encontra na mesma posição de A em relação ao vetor P (atm). Portanto, B obedece às mesmas condições de A e possui a mesma pressão: 2 atm. - Qual transformação gasosa ocorre na passagem de A para B? Transformação Isobárica, pois a pressão do gás é constante (2 atm) e o volume varia, de 4 litros (ponto A) para 8 litros (ponto B). - E o volume no ponto C? Se subtrairmos B – A, obtemos o volume de C = 4 litros. - Considerando C e A: a pressão nesses pontos varia, mas o volume não. Temos então uma transformação gasosa Isovolumétrica.   Exercício resolvido Letra a) Considerando-se que o volume do gás é constante, temos que a transformação é isocórica. Assim: Substituindo os valores fornecidos pelo problema na equação da transformação isocórica, temos:
  • Letra b) A partir da resolução do item anterior, podemos esboçar o gráfico da pressão em função da temperatura (pressão x temperatura).   2) (FAAP – SP) A 27º C, um gás ideal ocupa 500 cm3. Que volume ocupará a -73º C, sendo a transformação isobárica? Sabe-se que: T 1 = 27º C = 300 K T 2 = -73 ºC = 200 K V 1 = 500 cm 3 V 2 = ? Da transformação isobárica temos que:
  • Trabalho e energia de Gás A termodinâmica é o estudo do trabalho realizado onde há trocas de energia De um corpo para o outro . Em condução há uma vibração de moléculas e choques moleculares . Quanto maior a temperatura maior o choque e maior será a vibração .   1.Trabalho e uma transformação O trabalho de uma força é representado por um simbolo DV ( variação de volume ) uma vez em que p ( pressão ) é sempre psoitiva. A variação de volume é positiva portando o resultado to trabalho será positivo . Quando o gás se espande , ele perde energia , mas , ta,bém recebe energia de calor da fonte térmica . O trabalho realizado não precisa só do estado final e inicial , mas também do caminho em que voçê traçou. 2.Energia Interna Um corpo precisa de 2 energia interna e externa No sistema a energia é dada em DU que é variação de energia . Há situações em que a energia muda e permanece constante , isso ocorre quando a energia INTERNA recebe calor latente. DU é sempre acompanhado por DT ( variações de temperatura ).
  • 3.Primeira lei da Termologia Se o gá receber no exterior uma quantidade de calor e realizou um trabalho no meio exterior sua variação de energia é aumetada. Esse processo pode ser exercido por qualquer material em que ocorre troca de energia. 4.Transformações Gasosas a) transformação isotérmica (temperatura constante) A variação de energia do gás é nula, porque a temperatura não varia. DT = 0 -> DU = 0 Pela Primeira Lei da termodinâmica, DU = ð = 0 -> Q = ð Nesse tipo de transformação, o calor trocado pelo gás é igual ao trabalho realizado no mesmo processo. b) Transformações isobáricas ( pressão constante) Trabalho realizado ð = p DU O calor trocado pelo gás, ao sofrer a variação de temperatura, numa transformação isobárica é dado por: Q = mcpDT Onde m = massa do gás Cp = calor específico a pressão constante DT = variação de temperatura Fazendo-se m = nM, onde n é o número de mols e m a molécula-grama, temos: Q = nMcpDT O produto de M do gás pelo Mcp = cp é denominado calor molar a pressão constante, sendo expresso em cal/ mol K ou J/mol K. A quantidade de calor trocado se escreve: Q = ncpDT Em uma expressão isobárica, a quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.
  • c) Transformação isobárica: Em uma transformação isobárica, a variação de energia interna do gás é igual à quantidade de calor trocada com o meio exterior. DU = Q d) transformação adiabática Um gás sofre uma transformação adiabática quando não troca calor com o meio exterior: Q = 0 Em uma transformação adiabática, a variação de energia interna é igual em módulo e de sinal contrário ao trabalho realizado na transformação. Aplicando a primeira lei da termodinâmica, temos: DU = Q - ð e sendo Q = 0, tem-se: DU = - ð 5.Transformação Cílica Ciclo ou transformação cíclica ocorre quando após várias transformações o gás volta a Ter as mesmas características que possuía inicialmente. Portanto, o estado final é igual ao inicial. O trabalho total realizado nesse caso é a soma do trabalho realizado em cada etapa do ciclo: ð = ð 1 + ð 2 Isso também é válido para o calor trocado: Q = Qab + Qbc + Qcd + Qda Como o estado inicial é igual ao final, a variação de energia é nula. DU = 0 Portanto, aplicando-se a Primeira Lei da termodinâmica: DU = Q - ð = 0 ð = 0 Quando o ciclo ocorre em sentido horário, o gás recebe calor e fornece trabalho: Q -> ð. Quando o sentido e anti-horário, o gás realiza a conversão de trabalho em calor: ð -> Q.
  • 6.Transformações reversiveis e irreversiveis Transformações reversiveis é auqla em que pode voltar . Isso geralmente occore em um corpo sem atrito , se houver atrito o corpo perde energia e não podera voltar á posição inicial , isso já é uma transformação irreversivel. 7.Segunda lei da Termodinâmica Tanto na transformação natural quanto na energia térmica a energia permanece constante segundo a Primeira lei da Termodinâmica . Na segunda lei a transformação natural se “ degrada “ de uma forma organizada pra uma desordenada. Um exemplo é o trêm a vapor