Calor e 1 Lei da Termodinmica Lilian R

Calor e 1ª Lei da Termodinâmica Lilian R. Rios 06/05/16 www. posmci. ufsc. br

Calor e sua propagação Calor (uma definição): “Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura entre os corpos”. Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio.

Unidades de medida de caloria – cal Joule – J British thermal unit – Btu A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para se elevar de 14, 5°C para 15, 5°C uma quantidade de 1 g de água.

Convenção para a Troca de calor recebido Q > 0 Q < 0 calor retirado

Troca de Calor Corpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio. Em um sistema isolado, a quantidade total de calor trocado entre os corpos é nula, ou seja, o calor total recebido pelos corpos mais frios é igual ao calor total retirado dos corpos mais quentes. Q 1 + Q 2 + Q 3 +. . . + Qn = 0

O que ocorre com a temperatura de um corpo quando se transfere calor a ele? ? A temperatura pode aumentar ou não.

Principais Estados da Matéria Sólido • Forma rígida; Líquido • Forma indefinida; • Arranjo compacto, • Arranjo desordenado; • Volume definido; • Partículas movem-se • Movimento molecular umas entre as outras. restrito. Gás • Forma indefinida; • Arranjo totalmente desordenado; • Volume indefinido; • Partículas livres para se moverem.

Calor sensível Quando o calor é utilizado pela substância apenas para variar sua temperatura, sem alterar seu estado físico. Ex. : aquecimento da água numa panela antes da fervura. Q = C DT Q= m c DT Equação da Calorimetria – Quantidade de Calor: Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc]; C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC]; m = massa do corpo [g, kg]; c = calor específico da substância [J/(kg ºC)]; T = variação da temperatura (Tfinal - Tinicial) [K, ºC].

Valores de c (25ºC e 1 atm) Calor Específico Substância cal/(g. K) Sólidos Elementares Chumbo 0, 0305 Tungstênio 0, 0321 Prata 0, 0564 Cobre 0, 0923 Alumínio 0, 215 Calor Específico Molar J/(kg. K) 128 134 236 386 900 Outros Sólidos Latão Granito Vidro Gelo (-10°C) 0, 092 0, 19 0, 20 0, 530 380 790 840 2. 220 Líquidos Mercúrio Álcool etílico Água do mar Água doce 0, 033 0, 58 0, 93 1, 00 140 2. 430 3. 900 4. 190 Fonte: Halliday J/(mol. K) 26, 5 24, 8 25, 5 24, 4

Calor específico para gases Calor sensível a pressão constante: cp Calor sensível a volume constante: cv

Calor Latente Quando o calor trocado é utilizado pela substância para mudar de estado físico, sem variação de temperatura e sob pressão constante, ele é chamado de calor latente. Ex. : fornecimento de calor à água fervente. VAPORIZAÇÃO 11

Cálculo da troca de calor latente Q=m. L - Q (J) quantidade de calor trocado; - L (J/kg) calor latente da transformação física; - m (kg) a massa que mudou de estado físico.

Processos de Transferência de Calor Condução Convecção Radiação térmica

Condução Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto. Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar. Característico de meios estacionários. Fonte: www. terra. com. br/fisicanet

Condução de Calor

Condução Calor Condução de calor ao longo de uma barra. A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio.

Convecção Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes deste meio; Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas; É o transporte de calor típico dos meios fluidos. Fonte: www. achillesmaciel. hpg. ig. com. br

Convecção natural Na convecção natural, ou livre, o escoamento do fluido é induzido por forças de empuxo, que vem de diferenças de densidade causadas por variação de temperatura do fluido. Transporte natural de fluidos 18 Convecção natural

Irradiação ou radiação térmica - Toda a matéria que se encontra a uma temperatura acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica. - Não necessita de meio material para ocorrer, pois a energia é transportada por meio de ondas eletromagnéticas. - É mais eficiente quando ocorre no vácuo.

Radiação Térmica ou Irradiação 20

Ondas eletromagnéticas

Processos de Transferência de Calor Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações.

1ª Lei da Termodinâmica

A ideia de aproveitar o calor para produzir movimento (trabalho) é bem antiga. Heron de Alexandria (10 d. C. a 70 d. C. ) já propunha em sua eolípila tal aproveitamento. Esta ideia ganhou a forma de máquinas térmicas e revolucionou, na segunda metade do século XVIII, a maneira pela qual as pessoas se relacionam e produzem seus bens. slide 24 Imagens: À Esquerda, Sala de máquinas penteadeiras a vapor Heilmann / Armand Kohl / Public domain. À Direita, Locomotiva a vapor / Don-kun / Public domain. Imagens: Eolípila: Katie Crisalli para a U. S. Air Force / United States public domain. Heron de Alexandria: Autor desconhecido / United States public domain.

Sistema

Trabalho realizado pelo gás (W > 0) Quando o gás se expande, temos uma variação de volume positiva (∆V>0). Então dizemos que o gás realizou trabalho. Trabalho realizado sobre o gás (W < 0) Quando o gás é comprimido, temos uma variação de volume negativa (∆V<0). Então dizemos que o trabalho foi realizado sobre o gás. F GÁS

© 2008 by Pearson Education Física II – Termondinâmica e Ondas Sears | Zemansky | Young | Freedman

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1ª Lei da Termodinâmica

Casos Especiais K

Numa transformação isométrica, todo calor recebido ou cedido (Q) pelo gás será transformado em variação da sua energia interna (∆E). Como não há variação de volume, também não há realização de trabalho (W = 0). Q = ∆E Calor recebido Calor cedido K