TERMOLOGIA IVAN SANTOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS Temperatura Medida da

TERMOLOGIA IVAN SANTOS

CONCEITOS FUNDAMENTAIS Temperatura: 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 ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS CELSIUS ( ºC ) FAHRENHEIT ( ºF ) KELVIN ( K ) Pressão de 1 Atm Equações de Conversão Relação de Conversão de Variações

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. Entre elas temos: - Dilatação Linear - Dilatação Superficial - Dilatação Volumétrica

Dilatação Linear Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).

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 30 m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C? RESOLUÇÃO: O cálculo da dilatação linear ΔL, do trilho é: ΔL = L 0. α. Δθ ΔL = 30. (11. 10 -6). (40 – 10) = 99. 10 -4 m • ou 0, 0099 m

Problema exemplo: 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. RESOLUÇÃO Como 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.

Dilatação Superficial Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

• 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 4 m 2 a 0 o. C. Aquecendose a chapa a 50 o. C, de quanto aumenta a área da chapa e qual deverá ser sua área final. Dado = 10. 10 -6 o. C-1 ΔA = A 0. β. Δθ Obs. : β = 2. α ΔA = 4. (2 x 10. 10 -6). (50 – 0) = 0, 004 m 2 A = 4 + 0, 004 = 4, 004 m 2

Dilatação Volumétrica Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).

Problema exemplo: O volume de uma esfera metálica, a certa temperatura. é 100 cm 3. Que variação de volume sofrerá sob o acréscimo de 40 o. C de temperatura. Suponha ser constante e igual a 1. 10 -5 o. C-1 o coeficiente de dilatação linear do material de que é feita a esfera. ΔV = V 0. γ. Δθ Obs. : γ = 3. α ΔV = 100. (3 x 1. 10 -5). 40 = 0, 12 cm 3

Dilatação Volumétrica dos líquidos. Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.

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, , temse 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/cm 3. 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. Calor Latente É o calor que provoca mudança de estado físico sem variar a temperatura.

Capacidade Térmica È a razão entre o calor trocado por ele e sua respectiva variação temperatura. 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 1 g 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 - Dois corpos: Qcedido + Qrecebido = 0 Qcedido = - Qrecebido - Mais de dois corpos: Q 1+Q 2+Q 3+. . . +Qn = 0

Mudança de estado físico

Exercício: 1 Têm-se 20 g de gelo a -10 o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20 o C? Dados: c gelo = 0, 5 cal /g. o. C; c água = 1 cal /g. o. C; 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 o. C 0, 8 J/ g o. C 1, 0 J/ g o. C 1, 2 J/ g o. C 1, 6 J/ g o. C

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 A propagação de calor acontece de três maneiras diferentes: - Condução; - Convecção; - Irradiação.

Propagação de calor - Condução: O calor passa de molécula a molécula; É próprio para os sólidos; Não ocorre no vácuo.

Propagação de calor - Convecção: Ocorre nos fluídos com o deslocamento de partículas. Não ocorre no vácuo.

Propagação de calor - Irradiação: Quando o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas. Única que ocorre no vácuo.

Estudo dos gases ideais. Condição: Baixa pressão e alta temperatura. Variáveis de estado: - Pressão - Volume - Temperatura.

Estudo dos gases ideais. Equação geral dos gases: Equação de Clapeyron

Estudo dos gases ideais. Transformações Isotérmica: Temperatura constante

Estudo dos gases ideais. Transformações Isobárica: Pressão constante.

Estudo dos gases ideais. Transformações Isométrica: Volume constante

TERMODIN MICA 1º LEI DA TERMODIN MICA: Lei da conservação da energia. Transformação Adiabática: Sem troca de calor.

Trabalho sob pressão constante Volume – m 3 , pressão – N/m 2 e temperatura em Kelvin, trabalho em Joules

2ª LEI DA TERMODIN MICA • 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 FIM DA AULA