09 Temperatura e 1 Lei 08.1.ppt [Modo de Compatibilidade] · temperatura era ~ 10 39 K. A...
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TEMPERATURA,TEMPERATURA,
CALOR CALOR
EE
1818
EE
PRIMEIRA LEI DA PRIMEIRA LEI DA
TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
TEMPERATURATEMPERATURA
Temperatura é uma das sete grandezas fundamentaisdo SI.
Escala Kelvin (graduada em kelvins, K).
Limite inferior de temperatura – tomado como zero da
18.218.2
Limite inferior de temperatura – tomado como zero daescala Kelvin (zero absoluto).
Universo se formou há 13,7 x 109 anos – suatemperatura era ~ 1039 K.
A temperatura do Universo hoje é ~ 3 K.
LEI ZERO DA TERMODINÂMICALEI ZERO DA TERMODINÂMICAImagine dois sistemas A e B separados por uma paredeisolante ou adiabática.
Ambos os sistemas podem ser colocados em contatotérmico com um terceiro T (com alguma propriedade quepermite medir a temperatura).
18.318.3
O sistema A é posto em contato térmico com T até atingir o equilíbrio térmico.
O sistema B é posto emcontato térmico com T atéatingir o equilíbrio térmico.
A Lei Zero da termodinâmica diz que
“Se A está em equilíbrio térmico com T e B
também está em equilíbrio térmico com T, então
A e B estão em equilíbrio térmico entre si”.
Mensagem da Lei Zero da Termodinâmica
Todo corpo tem uma propriedade, associadaao equilíbrio térmico, chamada temperatura.ao equilíbrio térmico, chamada temperatura.
Quando dois corpos estão em equilíbriotérmico suas temperaturas são iguais e vice-versa.
EQUILÍBRIO TÉRMICOEQUILÍBRIO TÉRMICO
Dois sistemas estão em equilíbrio térmicoquando têm a mesma temperatura.
TemperaturaTemperatura
Do ponto de vista microscópico, temperatura é a medida da
energia cinética média da
molécula.
O modelo ao lado representa um gás rarefeito.
A probabilidade de colisão entre as moléculas é pequena. As moléculas colidem essencialmente com as paredes do recipiente.
Simulação representando as moléculas de água em movimento.
No estado líquido a separação média entre asmoléculas é pequena. A colisão entre as moléculasé bem mais provável do que em gases.
O ponto tríplice da água foi o fenômeno térmicoescolhido como padrão na medida datemperatura. Nesta temperatura coexistem osestados sólido, líquido e vapor.
A temperatura do ponto tríplice é T= 273,16 K.
MEDINDO A TEMPERATURAMEDINDO A TEMPERATURA18.418.4
A temperatura do ponto tríplice é T= 273,16 K.
Termômetro de gás a volumeconstante
EXPANSÃOEXPANSÃO TÉRMICATÉRMICA
Expansão linear. TLL ∆=∆ αα - coeficiente deexpansão linear.
Expansão volumétrica.
18.618.6
Expansão volumétrica.
αβ
β
3=
∆=∆ TVV
TEMPERATURATEMPERATURA EE CALORCALORConsidere o sistema A com temperatura TA e umsistema B com temperatura TB. TA>TB
TA > TB
18.718.7
calorNo processo do equilíbrio térmico verifica-se que o calor flui do
sistema A para o B.
Quando se alcança o equilíbrio térmico, isto é, TA = TB, verifica-se que a temperatura de A
diminuiu a de B aumentou.
O calor flui da maior para a menor
temperatura.
TA = TB
Calor (Q) é a energia transferida devido a uma diferença de temperatura.
A unidade de calor é a caloria 1 cal = 4,18 Joules.
Q = C ∆T= C (Tf-Ti)
C é a capacidade térmica.
18.8 18.8
Absorção de calor
C é a capacidade térmica.
Calor específico c é a capacidade térmica por unidade de massa.
dQ = C dT , sendo C = m c
dQ = m c dT
Calores de transformação
Quando há mudança de fase há troca decalor sem que a temperatura mude,necessariamente.
Q = L m
L é o calor de transformação.Unidades: J / kg (SI)
Calor é a energia transferida de formamicroscópica e desordenada de umsistema a outro.
Outra interpretação para o calor:
Exercício
Que quantidade de calor deve absorver720 g de gelo a -10oC para passar aoestado líquido a 15oC.
cgelo = 2.22 x 103 J/(kg.K)cliq = 4.19 x 103 J/(kg.K)LF = 333 kJ/kg
Calor e trabalho são energias trocadas entre sistemas.
A diferença está no mecanismo.
18.9 18.9 CALOR E TRABALHOCALOR E TRABALHO
Trabalho é uma transferência de energia ordenada, enquanto que o
calor é uma transferência desordenada de energia.
A máquina mostra que calor etrabalho são energias trocadas
Q
Wtrabalho são energias trocadasentre sistemas.
A energia térmica cedida pelachama é transferida ao gás quese expande movimentando opistão.
Q
WA máquina do exemplo anteriornão pode existir.
A máquina, para funcionar, devetrocar calor com o meio externo.
A Primeira Lei da Termodinâmica
expressa a
Conservação de Energia.
A variação da energia interna de umA variação da energia interna de umgás é devida à troca de:
- energia térmica (calor)- energia mecânica ( trabalho).
A energia térmica pode ser calculada em algunscasos pela variação de temperatura.
dQ = mc dT
Q
CALOR
Q1Q2
No processo, o calor Q1 cedido pelo corpoquente é absorvido pelo corpo frio.
|Q1| = |Q2|
Neste caso a energia interna do materialvariou devido exclusivamente ao processode troca de calor.
Q1 = m1c1 (Tf – T1)
Q2 = m2c2 (Tf – T2)Q2 = m2c2 (Tf – T2)
O calor cedido é negativo e o recebidopositivo.
Q1+ Q2 = 0
O trabalho realizado pelo êmbolo é transferido ao gás.
∫
∫∫
−=
−=⋅=
fV
ext
ext
VpW
pAW
d
dssdF
f
i
V
V
ext
rr
d
Vf
Vi
∫−=iV
ext VpW d
A
∫=
−=
f
i
V
V
gás
gásext
VpW
WW
d
dW = p dV
Definição (Halliday-Resnick-Walker)
W = trabalho realizado pelo gás.
∫=f
i
V
V
dVpW W > 0 expansão
W < 0 compressão
• Na compressão, a energia interna Eint do sistema (gás) aumenta. Neste caso o meio externo realizou trabalho sobre o gás.
O trabalho realizado pelo gás é negativo se o volume diminui.
dW = p dVSe dV < 0 → W < 0
Quando é o gás que realiza trabalho, o que acontece na expansão, o trabalho é positivo.
W >0W >0
• A energia interna Eint
do sistema (gás) diminui. O gás realizou trabalho sobre o meio externo.
Primeira Lei da Termodinâmica
dEint = d Q – d W
A variação de Energia Interna depende apenas dos estados
inicial e final.
PROCESSO ISOVOLUMÉTRICO OU ISOMÉTRICO
p
V
V
T2
T1
V
Neste processo não há trabalho realizado pois nãohá variação de volume do gás. O processo devenecessariamente envolver troca de calor ouenergia térmica.
W = 0 → ∆Eint = Q (calor trocado)
PROCESSO ISOBÁRICO
Neste processo há variação de volume e apressão permanece constante.
pp
W = p ( Vf – Vi)
vvi vf vvi vf
O trabalho é a área debaixo da curva.Nesse caso, área do retângulo.
PROCESSO ISOTÉRMICO
Neste processo é a temperaturaque permanece constante.
No caso de um gás ideal (isto é, que No caso de um gás ideal (isto é, que obedece à equação do gás ideal),
pV= nRT
as isotérmas são curvas onde o produtopV = cte.
A energia térmica ou calor, é a energiadistribuída de forma desordenada àsmoléculas e átomos do material.
O calor pode ser trocado ou transmitido porO calor pode ser trocado ou transmitido portrês processos básicos, por convecção,radiação e/ou condução.
Convecção é o mecanismo detroca de calor no qual a energia
CONVECÇÃOCONVECÇÃO
troca de calor no qual a energiatérmica é transferida através dotransporte de matéria.
∆Q/∆t = Ah∆T é a energia por unidade detempo trocada na convecção.h é coeficiente de convecção W/m2.oC, A éa área da superfície.
Todo corpo com temperatura não nulairradia ondas eletromagnéticas queinteragem com outros corpos, transferindoenergia.energia.
A energia solar é o exemplo mais marcanteda transferência de energia via radiação.
A taxa de emissão de radiação éproporcional à temperatura T(K) a quartapotência.
4Qe AT
t
∆= σ
∆t∆
e – emissividade varia entre 0 e 1
σ = 5,67 x10-8 W/m2K4
A - área do corpo.
CONDUÇÃOCONDUÇÃO
A troca de calor por condução seprocessa por meio de íons e/ou elétronsdo material da mesma forma que ado material da mesma forma que acondução elétrica.
A energia térmica sempre flui da maiorpara a menor temperatura.