Termodinâmica (parte 1)

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Termodinâmica (parte 1)

  1. 1. TERMODINÂMICA(PARTE 1) Mecânica dos Fluidos e Termodinâmica Aulas: 15,16,17 e 18 Prof. Msc. Charles Guidotti 07/2014
  2. 2. O que há em comum?
  3. 3. Toda matéria – Sólida, líquida ou gasosa – é composta por átomos ou moléculas em constante agitação. O que determina a sensação de quente ou frio? Qual é a diferença?
  4. 4. O que determina a sensação de quente ou frio? Em virtude desse movimento aleatório, os átomos ou moléculas da matéria possuem energia cinética. A energia média dessas partículas individuais produzem um efeito que podemos sentir (sensação de quente ou frio).
  5. 5. A quantidade que informa quão quente ou frio é um objeto em relação a algum padrão é chamado de temperatura. Temperatura mede o grau de agitação das partículas de um corpo.
  6. 6. Sistema isolado O que acontece com a temperatura desses objetos após certo tempo?
  7. 7. O equilíbrio térmico é a situação na qual dois corpos em contato térmico deixam de ter qualquer troca de energia. ou Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico suas temperaturas são iguais e vice-versa. Lei Zero da Termodinâmica
  8. 8. Lei Zero da Termodinâmica Se dois corpos A e B estão individualmente em equilíbrio térmico com um outro corpo T, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
  9. 9. Como sabemos se o corpo está em equilíbrio térmico com outro? Como funciona o termômetro? Galileu em 1602
  10. 10. Escalas de Temperatura Qual a escala utilizada no SI?
  11. 11. Tarefa: Crie relações entre as escalas.
  12. 12. Exercício 1. Suponha que você encontre anotações antigas que descrevem uma escola de temperatura chamada de Z na qual o ponto de ebulição da água é 65ºZ e o ponto de congelamento -14ºZ. A que temperatura na escala Fahrenheit corresponde uma temperatura de -98ºZ?
  13. 13. Que conceito(s) Físico(s) podemos explorar a partir das charges abaixo?
  14. 14. Dilatação Linear A dilatação linear leva em consideração apenas uma dimensão do sólido. Δ‫ܮ=ܮ‬0ߙΔܶ
  15. 15. Dilatação Superficial A dilatação superficial leva em consideração a área do sólido. Δܵ=𝑆0ߚΔܶ
  16. 16. Dilatação Volumétrica A dilatação volumétrica ocorre nos sólidos e nos líquidos. Δ𝑉=𝑉0ߛΔܶ
  17. 17. Relações entre os coeficientes ߙ = 𝛽 2 = ߛ 3
  18. 18. Por que os lagos não congelam totalmente? Dilatação Anômala da Água A 4°C a agua tem dilatação máxima
  19. 19. Exercício 2. Em um dia quente em Las Vegas, uma caminhão tanque foi carregado com 37000 L de óleo diesel. Ele encontrou um tempo frio a caminho onde a temperatura era de 10ºC menor, onde ele entregou todo o seu carregamento. Quantos litros ele entregou? O coeficiente de dilatação volumétrica da óleo diesel é 9,5 ×10−4℃−1. 3. Determine a variação de volume de uma esfera de alumínio com um raio inicial de 10 cm quando a esfera é aquecida de 0ºC para 100ºC. (ߙ = 23𝑥 10−6 º𝑪−𝟏)
  20. 20. Sistema isolado Calor (energia) Calor é a energia transferida de um corpo para outro em virtude, unicamente, de uma diferença de temperatura entre esses corpos.
  21. 21. Calor Calor → Forma de Energia → Unidade: Joules Ou CALORIA: É definida como quantidade de calor requerida para alterar a temperatura de uma grama de água em 1 grau Celsius. 1 cal = 4,1868 J
  22. 22. Calor Corpo BCorpo A Q 𝑇𝐴 > 𝑇𝐵 Q > 0 O sistema recebe energia Q < 0 O sistema perde energia Q = 0 Não há troca de energia Q > 0 O sistema recebe energiaQ < 0 O sistema cede energia
  23. 23. Diferentes materiais requerem diferentes quantidades de calor para elevar a temperatura de uma determinada massa desse material em um determinado número de graus. Materiais diferentes absorvem energia de maneiras diferentes.
  24. 24. Absorção de Calor Capacidade Térmica (C) É a grandeza física que determina a relação entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura observada neste. 𝑄 = 𝐶 ∆𝑇 = 𝐶 (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) 𝑇𝑖 > 𝑇𝑓 , Q < 0 O sistema perde energia 𝑇𝑖 < 𝑇𝑓 , Q > 0 O sistema recebe energia 𝑇𝑖 = 𝑇𝑓 , Q = 0 Não há troca de energia
  25. 25. Absorção de Calor Calor específico (c) C= c m 𝑄 = 𝑐𝑚 ∆𝑇 = 𝑐𝑚 (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) 𝑇𝑖 > 𝑇𝑓 , Q < 0 O sistema perde energia 𝑇𝑖 < 𝑇𝑓 , Q > 0 O sistema recebe energia 𝑇𝑖 = 𝑇𝑓 , Q = 0 Não há troca de energia É definido como a quantidade de calor requerida para alterar a temperatura de uma unidade de massa da substância em 1 grau.
  26. 26. Exercício 4. Um lingote de cobre de massa 𝑚 𝑐= 75 g é aquecido em um forno de laboratório até a temperatura T= 312°C. Em seguida, o lingote é colocado em um béquer de vidro contendo uma massa 𝑚 𝑎= 220 g de água. A capacidade térmica 𝐶 𝑏do béquer é 45 cal/K. A temperatura inicial da água e do béquer é 𝑇𝑖= 12°C. Supondo que o lingote, o 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.
  27. 27. Mudança de Fase Uma substância para passar de uma fase para outra através do recebimento ou fornecimento de energia. Energia é absorvida Q > 0 Energia é liberada Q< 0
  28. 28. Um corpo ao receber ou ceder energia, pode sofrer sois efeitos diferentes: variação de temperatura ou mudança de fase. Mudança de Fase
  29. 29. Calor Latente (calor de transformação): É a quantidade de energia por unidade de massa necessária para mudar o estado de um material.
  30. 30. Exercício 5. Que quantidade de calor deve absorver uma amostras de gelo com massa m=0,720 Kg a -10ºC para ser levada ao estado líquido a 15ºC? Dados: (𝑐 𝑔𝑒𝑙𝑜= 2220 𝐽 𝐾𝑔 . 𝐾 ), 𝐿 = 333 𝐾 𝐽 𝑘𝑔 , (𝑐𝑙𝑖𝑞= 4190 𝐽 𝐾𝑔 . 𝐾 )
  31. 31. Mecanismos de Transferência de Calor
  32. 32. Condução Na condução a energia se propaga em virtude da agitação atômica no material sem que haja transporte de matéria no processo.
  33. 33. Convecção A transferência de calor nos líquidos e nos gases é feita sobretudo por meio de correntes de convecção que se formam em virtude da diferença entre as densidade das partes mais quentes e mais frias do líquido.
  34. 34. Radiação É feita por meio de ondas eletromagnéticas, que podem se propagar mesmo na ausência de um meio material (vácuo).

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