Tema 6 - Fenomenos Termicos-1

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Tema 6 – Fenômenos Térmicos | 1 
 
UNESA – NOVA IGUAÇU 
BASES FÍSICAS PARA ENGENHARIA 
PROFª Ma. CARISE M ANGELO 
Tema 6 – Fenômenos Térmicos 
Situação Problema 
 Como podemos entender os mecanismos que afetam a percepção da sensação térmica? 
 O que é o calor, como ele se propaga e quais são os fatores que influenciam a nossa sensação 
térmica? 
 
Questões para pensar: 
 
 
1. Calor e Temperatura 
 
2. Escalas termométricas 
No sistema internacional (SI), a temperatura é medida em K (Kelvin), mas outras duas escalas são 
bastante utilizadas, inclusive na comunidade científica: C (Celsius) e F (Fahrenheit). 
Cabe ressaltar que as escalas K e C usam a mesma dimensão para o intervalo de 1°. 
 
- De Celsius para Fahrenheit 
 
- De Fahrenheit para Kelvin 
 
- De Celsius para Kelvin 
 
𝑪
𝟓
=
𝑭 − 𝟑𝟐
𝟗
 
 
𝑭 − 𝟑𝟐
𝟗
=
𝑲 − 𝟐𝟕𝟑
𝟓
 
 
𝑪 = 𝑲 − 𝟐𝟕𝟑 
 
 
 
 
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Q em J ou cal 
m em kg ou g 
c em J/kg.°C, J/kg.K ou cal/g.°C 
Δθ em °C ou K 
3. Trocas de calor 
 A convecção térmica 
É o tipo de propagação do calor que ocorre nos fluidos em geral em decorrência da diferença de 
densidade entre as partes que formam o sistema. Por exemplo: na geladeira os alimentos são 
resfriados dessa forma. Como sabemos, o ar quente é menos denso que o ar frio e é por esse motivo 
que o congelador fica na parte de cima da geladeira. Dessa maneira, formam-se as correntes de 
convecção: o ar quente dos alimentos sobe para ser resfriado e o ar frio desce refrigerando os 
alimentos, mantendo-os sempre bem conservados. Essa também é a explicação do porquê o ar 
condicionador ser colocado na parte de cima de um ambiente. 
 A irradiação térmica 
A condução e a convecção são formas de propagação de calor que para ocorrer é necessário que haja 
meio material, contudo, existe uma forma de propagação de calor que não necessita de um meio 
material (vácuo) para se propagar, esta é a irradiação térmica. Esse tipo de propagação do calor 
ocorre através dos raios infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas. 
 A condução térmica 
Tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que 
compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra metálica na chama 
de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo 
estando fora da chama de fogo. Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material 
receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se 
transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a barra 
até alcançar a outra extremidade. 
Esse tipo de transferência ocorre com maior ou menor facilidade 
dependendo da constituição atômica do material, a qual faz com 
que ele seja classificado condutor ou isolante de calor. Nas 
substâncias condutoras esse processo de transferência acontece 
mais rápido como, por exemplo, nos metais. Já nas substâncias 
isolantes, como na borracha e na lã, esse processo é muito lento. 
 
A garrafa térmica é construída de forma que os três processos de 
propagação de calor sejam reduzidos ao máximo. Entre suas 
paredes há o vácuo, o qual impede a propagação do calor por 
condução. Estas são espelhadas tanto internamente quanto 
externamente, de forma que os raios infravermelhos sejam 
refletidos e por último temos a tampa. Esta última quando bem 
fechada evita o processo de propagação por convecção. 
Construída dessa maneira, a garrafa térmica mantém sempre bem quentinho o café ou o chá. 
 
4. Calorimetria 
- Calor é energia em transito entre corpos de diferentes temperaturas. 
 
𝑸 = 𝒎. 𝒄. ∆𝜽 
 
O calor específico (c) é a quantidade de calor que um grama da 
substância deve receber ou ceder para que nela aconteça a 
variação de um grau. 
 
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5. Equilíbrio térmico 
 
𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 + 𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐 = 𝟎 
 
 
 
Situação problema 
• Os avanços produzidos pelas máquinas térmicas ao longo da história compensam os impactos que 
elas ocasionaram? 
 
As revoluções Industriais 
 
 
 
6. Trabalho 
 
 
7. Leis da Termodinâmica W – trabalho em J 
P – pressão em Pa 
V – volume em m3 
T – temperatura em K 
Q – quantidade de calor em J 
ΔU – energia interna em J 
n – número de mol 
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 Lei zero da termodinâmica 
Se dois corpos estão em equilíbrio com um terceiro, eles estão 
em equilíbrio entre si. 
 
 Primeira lei da termodinâmica 
Também conhecida como o Principio da Conservação de energia, 
enuncia que a variação da energia interna de um sistema pode 
ser determinada pela diferença entre a quantidade de calor (Q) 
e o trabalho (W). 
 
∆𝑼 = 𝑸 − 𝑾 
 
∆𝑼 =
𝟑
𝟐
. 𝒏. 𝑹. ∆𝑻 
 
Nota: 
Se o trabalho é realizado pela vizinhança sobre o sistema o trabalho será positivo. 
Se for o sistema que realiza o trabalho, este trabalho será negativo. 
 
 Segunda lei da termodinâmica 
De acordo com a Segunda lei da Termodinâmica, o calor flui 
espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro 
de menor temperatura, e impossível existir transferência 
espontânea de calor de uma fonte fria para outra fonte quente. 
Para que aconteça a realização de trabalho, e necessário um 
dispositivo que opere em ciclos, retirando calor da fonte quente e 
transformando parte desse calor em trabalho, sendo a parte 
restante cedida à fonte fria. 
 
𝑾 = 𝑸𝟏 − 𝑸𝟐 
 
Rendimento da máquina térmica 
 
𝜺 =
𝑾
𝑸𝟏
 
 
𝜺 = 𝟏 −
𝑸𝟐
𝑸𝟏
 𝑜𝑢 𝜺 = 𝟏 −
𝜽𝟐
𝜽𝟏
 
 
 
 
Vídeos sugeridos: 
 
• https://www.youtube.com/watch?v=mRu4Wdi5lP8&ab_channel=Fl%C3%A1vioCunha 
• https://www.youtube.com/watch?v=YXvntz2n4IE&ab_channel=KhanAcademyBrasil 
• https://www.youtube.com/watch?v=rxTov7BDlOk&ab_channel=KhanAcademyBrasil 
• https://www.youtube.com/watch?v=pWhFbq9kIUE&ab_channel=KhanAcademyBrasil 
 
Exemplos 
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1. Uma pessoa mediu a temperatura de seu corpo, utilizando-se de um termômetro graduado na 
escala Fahrenheit, e encontrou o valor 97,7oF. Essa temperatura, na escala Celsius e na escala 
Kelvin, corresponde a respectivamente: 
a) 36,5° C e 309,5 K 
b) 36,5° C e -236,5 K 
c) 37,5° C e 309,5 K 
d) 37,5° C e -236,5 K 
e) 309,5° C e 36,5 K 
 
2. (Unesp 2003) Uma panela com água é aquecida de 25°C para 80°C. A variação de temperatura 
sofrida pela panela com água, nas escalas Kelvin e Fahrenheit, foi de: 
a) 32 K e 105°F. 
b) 55 K e 99°F. 
c) 57 K e 105°F. 
d) 99 K e 105°F. 
e) 105 K e 32°F. 
 
3. Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C 
para 200°C? Dado: calor específico do ferro = 0,119 cal/g°C. 
 
4. A energia interna de um gás é a medida da energia cinética de todas as suas partículas. Determine a 
energia interna contida em 2 mols de um gás monoatômico ideal, a uma temperatura de 300 k. 
Dado: R=8,37 J/mol.k 
 
5. Uma máquina térmica cíclica recebe 5000 J de calor de uma fonte quente e realiza trabalho de 3500 
J. Calcule o rendimento dessa máquina.