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FÍSICA TEÓRICA EXPERIMENTAL II TEMA 2 – CALOR ENGENHARIA CIVIL Prof. Dr. Jefferson Vilhena • Calor é energia em trânsito! Q dado em Joule (J) • Equilíbrio Térmico • Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura entre eles. CONCEITO • Calor é energia em trânsito! Q dado em Joule (J) • Equilíbrio Térmico • Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura entre eles. CONCEITO • Calor é energia em trânsito! Q dado em Joule (J) • Equilíbrio Térmico • Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura entre eles. CONCEITO A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1g de água de 14,5 ºC para 15,5 ºC sob pressão de 1 atm. • Se um corpo cede ou recebe uma quantidade de calor Q e sua temperatura sofre uma variação ΔT, a capacidade térmica C desse corpo é, por definição, a razão: Dado em J/K ou J/ºC Ex: Quando vamos fazer Macarrão • Calorímetro CAPACIDADE TÉRMICA OU CALORÍFICA EXEMPLO Um calorímetro sofre uma variação de temperatura de 30°C quando absorve uma quantidade de calor de 50J. a) Qual é a capacidade térmica desse calorímetro? b) Qual a quantidade de calor necessária para elevar em 60K a temperatura desse calorímetro? Obs: Faça o cálculo com 2 casas decimais, 5 casas decimais e todas as casa decimais da calculadora. Comentem os resultados CALOR ESPECÍFICO (SENSÍVEL) • A capacidade térmica de corpos constituídos de uma mesma substância é diretamente proporcional à massa (m) de cada corpo. Podemos escrever como: C = c . m • c é a constante de proporcionalidade que depende da substância de que é constituído o corpo, chamada de calor específico dessa substância. Então: Q = C . ΔT => Q = c . m . Δ T • Isolando “c”: Em J/Kg°C ou J/Kg K. CALOR ESPECÍFICO (SENSÍVEL) • A capacidade térmica de corpos constituídos de uma mesma substância é diretamente proporcional à massa (m) de cada corpo. Podemos escrever como: C = c . m • c é a constante de proporcionalidade que depende da substância de que é constituído o corpo, chamada de calor específico dessa substância. Então: Q = C . ΔT => Q = c . m . Δ T • Isolando “c”: Em J/Kg°C ou J/Kg K. Chamamos de calor sensível a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo quando este tem sua temperatura alterada. CALOR ESPECÍFICO (SENSÍVEL) • A capacidade térmica de corpos constituídos de uma mesma substância é diretamente proporcional à massa (m) de cada corpo. Podemos escrever como: C = c . m • c é a constante de proporcionalidade que depende da substância de que é constituído o corpo, chamada de calor específico dessa substância. Então: Q = C . ΔT => Q = c . m . Δ T • Isolando “c”: Em J/Kg°C ou J/Kg K. Chamamos de calor sensível a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo quando este tem sua temperatura alterada. CALOR DE TRANSFORMAÇÃO (LATENTE) • Chamamos de calor latente a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo quando este realiza uma mudança de estado físico. Seja m a massa de um objeto. Teremos: Q = m ⋅ L => L = Q/m Em J/Kg • L representa o calor latente do material, uma característica da substância que forma o objeto. CALOR DE TRANSFORMAÇÃO (LATENTE) • Chamamos de calor latente a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo quando este realiza uma mudança de estado físico. Seja m a massa de um objeto. Teremos: Q = m ⋅ L => L = Q/m Em J/Kg • L representa o calor latente do material, uma característica da substância que forma o objeto. CALOR DE TRANSFORMAÇÃO (LATENTE) • Chamamos de calor latente a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo quando este realiza uma mudança de estado físico. Seja m a massa de um objeto. Teremos: Q = m ⋅ L => L = Q/m Em J/Kg • L representa o calor latente do material, uma característica da substância que forma o objeto. • Existem 3 formas de transferência de Calor 1) Radiação 2) Condução 3) Convecção • A única diferença entre luz e calor é a frequência da radiação que os olhos humanos conseguem detectar. TRANSFERÊNCIA DE CALOR • Existem 3 formas de transferência de Calor 1) Radiação 2) Condução 3) Convecção • A única diferença entre luz e calor é a frequência da radiação que os olhos humanos conseguem detectar. TRANSFERÊNCIA DE CALOR • Existem 3 formas de transferência de Calor 1) Radiação 2) Condução 3) Convecção • A única diferença entre luz e calor é a frequência da radiação que os olhos humanos conseguem detectar. TRANSFERÊNCIA DE CALOR • O fluxo de calor (Φ) de um determinado material é definido como sendo a taxa de variação da quantidade de calor no tempo, ou seja: • O fluxo é dado pela Lei de Fourrier, que relaciona-o com a espessura do bloco (d), a área (A) seção normal e a variação da temperatura, sendo a temperatura inicial maior do que a temperatura final, temos: Em W FLUXO DE CALOR • O fluxo de calor (Φ) de um determinado material é definido como sendo a taxa de variação da quantidade de calor no tempo, ou seja: • O fluxo é dado pela Lei de Fourrier, que relaciona-o com a espessura do bloco (d), a área (A) seção normal e a variação da temperatura, sendo a temperatura inicial maior do que a temperatura final, temos: Em W FLUXO DE CALOR 1ª LEI • A variação de energia interna ΔU de um gás ideal, num processo termodinâmico, é dada pela diferença entre a quantidade de calor (Q) trocada com o meio e o trabalho (W) realizado no processo. • A energia interna U de um gás ideal é constituída pela energia total de translação de todas as moléculas que constituem o gás. • Logo: TRANSFORMAÇÕES • Isobárica: (Lei de Charles e Gay-Lussac) Em um processo termodinâmico de um gás ideal, a pressão permanece constante e o volume aumenta. • Isocórica: Não há variação de Volume. • Isotérmica: Não há variação de Temperatura TRANSFORMAÇÕES • Isobárica: (Lei de Charles e Gay-Lussac) Em um processo termodinâmico de um gás ideal, a pressão permanece constante e o volume aumenta. • Isocórica: Não há variação de Volume. • Isotérmica: Não há variação de Temperatura TRANSFORMAÇÕES • Isobárica: (Lei de Charles e Gay-Lussac) Em um processo termodinâmico de um gás ideal, a pressão permanece constante e o volume aumenta. • Isocórica: Não há variação de Volume. • Isotérmica: Não há variação de Temperatura TRANSFORMAÇÕES • Isobárica: (Lei de Charles e Gay-Lussac) Em um processo termodinâmico de um gás ideal, a pressão permanece constante e o volume aumenta. • Isocórica: Não há variação de Volume. • Isotérmica: Não há variação de Temperatura EXEMPLOS Qual é o volume ocupado por um mol de gás perfeito submetido à pressão de 5000 N/m², a uma temperatura igual a 50°C? Dado: 1 atm =101325 N/m² e R = 0,082 atm.l . mol-1 . K-1 Ao receber uma quantidade de calor Q = 50 J, um gás realiza um trabalho igual a 12 J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U = 100 J, qual será esta energia após o recebimento? 2ª LEI • Entropia: É impossível a construção de uma máquina térmica que opera em ciclos, tendo como efeito único retirar calor de uma fonte térmica e convertê-lo integralmente em trabalho. MÁQUINA TÉRMICA • Para uma máquina térmica funcionar era imprescindível uma diferença de temperatura. • Uma máquina frigorífica, em a função de transferir calor de um local com menor temperatura para outro de temperatura mais elevada, • Esse processo não ocorre espontaneamente, por isso precisamos realizar o trabalho sobre o sistema. MÁQUINA TÉRMICA • Para uma máquina térmica funcionar era imprescindível uma diferença de temperatura. • Uma máquina frigorífica, em a função de transferir calor de um local com menor temperatura para outro de temperatura mais elevada, • Esse processo não ocorre espontaneamente, por isso precisamos realizar o trabalho sobre o sistema. MÁQUINA TÉRMICA • Para uma máquinatérmica funcionar era imprescindível uma diferença de temperatura. • Uma máquina frigorífica, em a função de transferir calor de um local com menor temperatura para outro de temperatura mais elevada, • Esse processo não ocorre espontaneamente, por isso precisamos realizar o trabalho sobre o sistema. EXERCÍCIO Uma fonte de potência constante igual a 100 W é utilizada para aumentar a temperatura de 100 g de mercúrio a 30°C. Sendo o calor específico do mercúrio 0,033 cal/g.°C e 1 cal = 4,186 J, quanto tempo a fonte demora para realizar este aquecimento?