Termodinamica ( calor, temperatura, potencia)

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Curso: ENGENHARIA CIVIL
Fundamentos de Termodinâmica
1Prof. Edvan Moreira
Capítulo 18 – Termodinâmica
• Temperatura• Calor e as Leis da Termodinâmica• Transferência de Calor e Mudanças de Fase• Transferência de Calor e Mudanças de Fase
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Introdução
• Um dos principais ramos da física e da engenharia é atermodinâmica, o estudo das leis que regem a relaçãotermodinâmica, o estudo das leis que regem a relaçãoentre calor, trabalho e outras formas de energia.
• Desde a infância, temos um conhecimento prático dosconceitos de temperatura e a energia térmica:1. Tomar cuidado com alimentos e objetos quentes;2. A carne e o peixe devem ser guardados na geladeira;2. A carne e o peixe devem ser guardados na geladeira;3. A temperatura em certas circunstâncias deve sermantida dentro de certos limites...
3
Introdução
• Exemplos de aplicação:1. Os engenheiros de automóveis se preocupam com osuperaquecimento dos motores;superaquecimento dos motores;2. Os engenheiros de alimentos estudam o aquecimento dosalimentos em fornos microondas e o seu resfriamento;3. Os meteorologistas analisam a transferência de energiatérmica nos eventos associados ao fenômeno El Niño e aoaquecimento global;4. Os engenheiros agrônomos investigam a influência das4. Os engenheiros agrônomos investigam a influência dascondições climáticas sobre a agricultura;5. Os engenheiros biomédicos estão interessados em saber sea medida da temperatura de um paciente permite distinguiruma infecção viral benigna de um tumor canceroso...
4
5
Analisando a Figura 1 acima, responda:
1) O que levou a menina a acreditar que seu pai está com febre?
2) Ela poderia ter usado um outro método, ou uma outra forma desaber que seu pai está com febre? Existe algum instrumento que
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saber que seu pai está com febre? Existe algum instrumento queela poderia ter usado para medir a temperatura do seu pai?
3) O termômetro mede a temperatura do paciente. Essatemperatura significa a medida do calor do corpo do paciente?
4) Por que razão, ao medir a temperatura do corpo de uma
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4) Por que razão, ao medir a temperatura do corpo de umapessoa, devemos deixar o termômetro por algum tempo antes defazer a leitura da medida da temperatura?
Conceitos Fundamentais
♦ Termodinâmica: é a parte da Física que estuda asmudanças na temperatura, volume e pressão dosmudanças na temperatura, volume e pressão doscorpos e sistemas em função da sua interação comos sistemas à sua volta.
♦ A termodinâmica explica as principais propriedadesda matéria e a correlação entre essas propriedadese a mecânicas dos átomos e das moléculas.
♦ Para estudarmos a termodinâmica precisamos de
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♦ Para estudarmos a termodinâmica precisamos dealguns conceitos e definições importantes.
♦ Calor: é uma das formas de transferência de energia.
♦ É a transferência de energia de um corpo ou sistema paraoutro corpo devido ao contato entre estes corpos.
Conceitos Fundamentais
outro corpo devido ao contato entre estes corpos.
♦ É o trânsito de energia entre dois corpos devido aocontato entre eles.
♦ A colisão entre as moléculas dos dois corpos transfere aenergia entre eles.
♦ Quando dois corpos estão em contato trocando energia pormeio de calor, dizemos que eles estão em contato térmico.
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meio de calor, dizemos que eles estão em contato térmico.
♦ Se dois corpos estão em contato térmico:
♦ A energia irá fluir de qual deles?
♦ A energia entrará em qual deles?
♦ O que determina a direção do fluxo de energia?
♦ A propriedade dos corpos ou sistemas, que estão emcontato térmico, que determina a direção do fluxo de
Conceitos Fundamentais
contato térmico, que determina a direção do fluxo deenergia é a temperatura.
♦ Temperatura: é uma medida da energia interna médiade um corpo. Ou seja, é a medida da velocidade médiadas moléculas e átomos do corpo.
♦ Como medir esta ‘energia interna’ dos corpos? Comomedir a temperatura de um corpo?
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medir a temperatura de um corpo?
• A grandeza que informa quão quente ou frio está um objeto emrelação a algum padrão escolhido é chamada de temperatura.
Expressamos a temperatura da matéria através de um número 
Temperatura
Expressamos a temperatura da matéria através de um número que corresponde ao seu grau de aquecimento.
Quando medimos atemperatura de algo,estamos realmentelendo a temperaturalendo a temperaturado termômetroquando ele e o objetoatingiram o equilíbriotérmico.
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Termômetro
 A invenção do termômetro é geralmenteatribuída a Galileu Galilei, que em 1592 usouum tubo invertido, cheio de ar e água, no quala elevação de temperatura exterior produziadilatação do ar e a conseqüente alteração dodilatação do ar e a conseqüente alteração donível da água.
 Termômetro é todo instrumento capaz demedir a temperatura dos sistemas físicos.Os tipos mais comuns de termômetros são osque se baseiam na dilatação do mercúrio.Outros determinam o intervalo de temperaturamediante o aumento da pressão de um gásmediante o aumento da pressão de um gásou pela curvatura de uma lâmina bimetálica.Alguns empregam efeitos elétricos, traduzidospelo aparecimento de correntes elétricasquando o ponto de solda de dois metaisdiferentes é aquecido.
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♦ Termômetros caseiros comuns usam um fluido (álcool ou mercúrio)que se expande em um tubo capilar de vidro.
♦ A propriedade física utilizada é o volume do fluido.
Termômetro
♦ Como a área da secção reta do tubo é uniforme, a mudança novolume do fluido é linear com o seu comprimento e está relacionada àaltura da coluna do fluido.
♦ Termômetros caseiros digitais usam circuitos elétricos ôhmicos cujaresistência elétrica total varia linearmente com a temperatura.
♦ A propriedade física utilizada é a resistência elétrica de um metalespecífico.
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♦ A resistência elétrica determina a corrente no circuito quando este ésubmetido a uma diferença de potencial fixa.
♦ A corrente elétrica medida é convertida em um valor de temperatura.
♦ Como medir esta ‘energia interna’ dos corpos?Como medir a temperatura de um corpo?
Termômetro
♦ Nossa pele possui células termo-sensíveis, masnosso tato não é confiável como termômetro.
♦ Querem verificar?
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1) Ao retirarmos uma bandeja de metal e uma caixa depapelão de um congelador, a bandeja parecerá maisfria apesar dos dois objetos estarem à mesmafria apesar dos dois objetos estarem à mesmatemperatura.
♦ Isto acontece porque o metal é um melhorcondutor térmico que o papelão e, por isto, atransferência de calor entre sua mão e a bandejaacontecerá mais rápido e a mão que segura abandeja esfriará mais rápido que a mão que
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bandeja esfriará mais rápido que a mão quesegura a caixa de papelão.
2) Realize o seguinte experimento:
♦ Prepare três panelas: uma com água gelada (egelo); outra com água morna; e a terceira comágua da torneira (temperatura ambiente).
♦ Coloque uma mão (direita) na panela com águagelada e outra mão (esquerda) na panela comágua morna e deixe por um minuto.
♦ Retire as mãos das panelas de água gelada emorna e coloque-as, ao mesmo tempo, napanela com água da torneira.
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panela com água da torneira.
Que temperatura cada mão sentirá para a água àtemperatura ambiente? Justifique.
Resposta:
♦ Para a mão direita (que estava antes na água gelada)parecerá que a água da torneira estará quente.
♦ Para a mão esquerda (que estava na água morna)parecerá que a água à temperatura ambiente estaráparecerá que a água à temperatura ambiente estarágelada.
♦ Isto acontece porque as células de nossa pele medemdiferenças de temperatura e não temperatura real.Assim, nossa pele sempre compara a temperatura queestá sentindo com outra temperatura de referência.
Neste caso, cada mão compara a temperatura da água
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♦ Neste caso, cada mão compara a temperatura da águada torneira com a temperatura da água da panela ondeestava anteriormente. Assim, para a mão que estavana água gelada a água da torneira pareceráquente. Epara a mão que estava na água morna, a água datorneira parecerá gelada.
Medidas de Temperatura
- 273.15CT T 
9 32T T  9 325F CT T  
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Exemplo:
• (a) Em 1964, a temperatura da aldeia de Oymyakon, naSibéria, chegou a -71ºC. Qual é o valor desta temperaturaSibéria, chegou a -71ºC. Qual é o valor desta temperaturana escala Fahrenheit? (b) A maior temperatura registradaoficialmente nos Estados Unidos foi 134ºF, no Vale daMorte, Califórnia. Qual é o valor desta temperatura naescala Celsius?
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Se a temperatura de uma barra metálica de
comprimento aumenta de um valor , seu
comprimento aumenta de um valor : 
O termo é conhecido como 
 e d
L T
L L T

  
coeficiente de 
dilatação
Dil
 li
atação L
near
inear
epende do material.
L L T  
 e ddilatação linear epende do material.
Embora varie ligeiramente com a temperatura, na maioria dos casos pode ser
considerado constante para um dado material.
Se todas as dimensões de um sólido aumentam com a temperatu

Dilatação Volumétrica
ra, é evidente que
V V T  
Se todas as dimensões de um sólido aumentam com a temperatura, é evidente que
o volume do sólido também aumenta. No caso dos líquidos, a dilatação volumétrica
é a única que faz sentido. Para um líquido de volume , um aumento na
temperatura resulta em um aume
V T
nto no volume: . O termo é
conhecido como do 
3
sólido ou líquido.
Para um sólido: .
V V T 
 
  

coeficiente de dilatação volumétrica
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Exemplo:
• Um mastro de alumínio tem 33m de altura. De quantoseu comprimento aumenta quando a temperaturaseu comprimento aumenta quando a temperaturaaumenta de 15ºC?
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Capítulo 18 – Termodinâmica
• Temperatura• Calor e as Leis da Termodinâmica• Calor e as Leis da Termodinâmica• Transferência de Calor e Mudanças de Fase
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Calor
 Calor é a nomenclatura atribuída à energia sendo transferida de um sistema aoutro exclusivamente em virtude da diferença de temperaturas entre eles.
 Não é correto se afirmar que um corpo possui mais calor que outro, e tãopouco é correto afirmar que um corpo possui calor.pouco é correto afirmar que um corpo possui calor.
 Os corpos (ou sistemas) possuem energia interna e o conceito de energiainterna não deve jamais ser confundido com o conceito de calor.
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A origem do termo calor
Na Antiguidade os Gregos consideravam o fogo como um dos 4 elementos principais e reconheciam a luz e o calor por ele emitidos como sendo propriedades distintas. 
O primeiro químico a estudar o calor foi Joseph Black. Nessa altura o calor foi descrito como um fluido que enchia todos os corpos e cujas partículas se repeliam umas às outras. Já então se considerava que a energia perdida, como calor, por um corpo quente era igual à energia ganha por um corpo frio. Nascia, assim, a Teoria do Calórico. assim, a Teoria do Calórico. 
Em 1787, o calórico foi considerado um elemento químico, por Lavoisier, e foi incluído na Tabela Periódica. 
No século XVIII, Benjamin Thompson, em sequência de algumas experiências que realizou, pôs em causa a Teoria do Calórico, defendendo que o calor não era uma substância mas sim uma forma de movimento. Thompson verificou que o calor gerado na perfuração ou fricção de uma broca em peças de bronze usadas para fazer canhões fazia a água entrar em ebulição. Destas observações, Thompson inferiu que o calor seria uma consequência do movimento das partículas dos corpos e que era transferido da broca para a água, numa quantidade igual ao trabalho realizado pela broca. 
Em 1837, James Prescott Joule, usando um calorímetro, mostrou que o trabalho pode ser convertido em Em 1837, James Prescott Joule, usando um calorímetro, mostrou que o trabalho pode ser convertido em calor. O calorímetro usado era um dispositivo com paredes adiabáticas no interior do qual existem pás presas a um eixo central vertical. Com este instrumento Joule realizou experiências em que verificou que a agitação das pás do calorímetro resultava no aquecimento da água no seu interior. 
Joule verificou que, para uma dada massa de água, a mesma quantidade de trabalho provocava o mesmo aquecimento, concluindo que calor e trabalho eram, então, duas manifestações diferentes da energia.
Estavam, assim, dados os primeiros passos que iriam levar à formulação da 1.ª Lei da Termodinâmica.24
Calor
 O calor é uma das duas formas disponíveis para se transferir energia deum sistema a outro e expressa a quantidade de energia transferida através dafronteira comum aos sistemas. Se dá portanto sem a variação dos volumes dossistemas em interação, se presente, de forma exclusiva.
 Calor descreve a energia transferida entre sistemas que não se pode serassociada à execução de um trabalho mecânico, este últimocorrespondendo à segunda entre as duas formas de transferência de energiacitadas.
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Calor
 O trabalho associa-se à energia transferida em virtude do movimento dafronteira dos sistemas - e não da energia transferida através destas - eportando ocorre sempre acompanhado de variações nos volumes dossistemas em interação.sistemas em interação.
 O calor é geralmente simbolizado pela letra Q na física.
 por convenção, se um corpo recebe energia sob a forma de calor  o queleva a um aumento de sua energia interna U o calor Q é positivo;
 se um corpo cede energia sob a forma de calor  o que leva a uma reduçãode sua energia interna U o valor de Q é negativo.
Q Q
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Lei Zero da Termodinâmica
"Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si.”
se TA = TB
e TB = TC
então TA = TC !
Por definição, dois corpos possuem a mesma temperatura se estiverem em 
Esta lei é a base para a medição de temperatura empirica.
Por definição, dois corpos possuem a mesma temperatura se estiverem em equilíbrio térmico entre si. 
A Lei Zero da termodinâmica, permite, também, definir uma escala de temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius e Fahrenheit.
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Lei Zero da Termodinâmica e Temperatura
 É um fato familiar que dois objetos a temperaturas iniciaisdiferentes, eventualmente, alcança a mesma temperatura(intermediária) quando colocados em contato térmico.(intermediária) quando colocados em contato térmico.
 Considere que dois corpos A e B, que não estão em contatotérmico, e um terceiro corpo C, que é nosso termômetro.
A Ctermômetro CtermômetroB
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Lei Zero da Termodinâmica 
Se os dois corpos A e B estão, separadamente, em equilíbriotérmico com um terceiro corpo C, então os corpos A e B estão emequilíbrio térmico entre si.
 Este enunciado pode ser facilmente provado experimentalmente eé muito importante porque nos possibilita definir a temperatura.
 Temperatura Temperatura
É a propriedade que determina se um corpo está em equilíbriotérmico com outro corpo.
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Considere os dois objetos mostrados na Fig. Um é chamado
de "sistema" e o outro é o "ambiente". No exemplo do texto
o refrigerante(café) é o sistema, enquanto o ambiente é a
coz . Sinha
Temperatura e Calor
e o sistema a temperatura T é maior que a tem-coz . Sinha S
A
e o sistema a temperatura T é maior que a tem-
peratura do ambiente T , então a energia é transferid
 Essa energia é conhecida como
"calor" (Q).
a do 
sist
 Nesse ca
ema para o amb
so, o calor é 
ie
t
nte.
omad
S A
S A
o como negativo.
Se T = T (Fig.b) não há nenhum calor transferido.
Se T < T (Fig.c), o calor é transferido do ambiente para
Logo, o calor é a energio s a transferida de
um siste
istema (Q > 0)
ma para o
. 
 ambiente ou vice - versa devido a uma
diferença de temper Unidade no SI para Q : Joule
1 cal = 4.
atur
18
 a.
68 J
30
 
i
f
f i
Se um objeto no qual a temperatura inicial é T absorve um quantidade Q
de calor, sua temperatura aumenta para um valorT de acordo com:
Q = CΔT = C T - T . A co
Capacidad
nstante d
e Tér
e pro
 
por
mica.
cionalidade C é conhecida 
como a "capacidade térmica" de um objeto.
A capacidade térmica C de um objeto é proporcional à sua massa m.
Assim, a equação acima pode ser ree
Calor Espe
scrita com
cífic
o : Q
. o
= mc T f i- T . A constante c é conhecida como o "calor específico" e depende do material
de que é feito o objeto.
Se medirmos a capacidade térmica a que correspon
C
d
alor Específi
e um mol de u
co Mol
ma 
sub
ar. 
stân
23
cia, isso é conhecido como "calor específico molar". Ele é um
parâmetro conveniente porque 1 mol de qualquer substância contém o
mesmo número (6.02×10 ) de átomos ou moléculas. 31
Um objeto pode existir em um de três "estados" ou "fases". Essas são: sólido, líquido,
ou no estado gasoso. Na fase sólida os átomos formam uma estrutura rígida. Na fase
líquida 
Calores de Transformação
o objeto não tem uma estrutura rígida, mas pode escoar ou se acomodar no
fundo de um recipiente. Na fase gasosa, os átomos não interagem e podem ocupar
todo o volume de um recipiente. Quando o estado de um objeto de massa m muda,
o objeto pode absorver ou ceder uma quantidade de calor sem qualquer mud
O calor é dado pela equação: . A constante L 
ança
é co
 
de tempe
nhec
ratura
ida co
 .
mo o "calor Q Lm
Q
T
 de
transformação". Se um objeto muda do estado líquido para o estado gasoso o calor de
transformação é conhecido como "calor de vaporização". Se o objeto muda deVLsólido para líquido, o calor de transfV
Um objeto absorve calor para ir do sólido para o líquido ou do líquido para a fase
gasosa.
Reciprocamente, um obj
ormação é conhecido como
eto cede calor para ir do
 "calor de f
 líquido par
usão".
a o sól
FL
ido ou do estado
gasoso para o estado líquido. 32
Calores de Transformação(Mudança de Fase)
• É a quantidade de calor por unidade de massa que precisa ser transferida para que o material mude completamente de fase: Q = mL
• A temperatura do material não aumenta necessariamente. 33
Mudança de Fase: Evaporação
 A evaporação é um fenômeno no qual átomos ou moléculas no estadolíquido ganham energia suficiente para passar ao estado vapor.
 O movimento térmico de uma molécula de líquido deve ser suficiente paravencer a tensão superficial e evaporar, isto é, sua energia cinética deveexceder o trabalho de coesão aplicado pela tensão superficial à superfície doexceder o trabalho de coesão aplicado pela tensão superficial à superfície dolíquido. Por isso, a evaporação acontece mais rapidamente a altastemperaturas, a altas vazões entre as fases líquida e vapor e em líquidoscom baixas tensões superficiais (pressões de vapor mais elevadas).
34
Mudança de Fase: Sublimação
 A sublimação é a mudança do estado sólido para o estado gasoso,sem passar pelo estado líquido. O ponto de sublimação, assim como oponto de ebulição e o ponto de fusão, é definido como o ponto no qual apressão de vapor do sólido se iguala a pressão aplicada.
 A sublimação pode ser usada para purificar sólidos. O sólido é aquecido A sublimação pode ser usada para purificar sólidos. O sólido é aquecidoaté que sua pressão de vapor se torna suficientemente grande para elevaporizar e condensar como sólido numa superfície fria colocada logoacima. O sólido é então contido na superfície fria enquanto as impurezaspermanecem no recipiente original.
35
Mudança de Fase: Condensação
 Condensação é uma das fases em que ocorre a transformação da matéria, doestado gasoso para o estado líquido. A condensação, que normalmente ocorrequando o vapor é resfriado, pode ocorrer em sistemas fechados com o vaporcomprimido, sendo que ambas as situações dependem somente do equilíbrio entrea pressão e temperatura.a pressão e temperatura.
Os sistemas de condensaçãosão explorados nas refinarias emdestilação e usados natransformação de energia emturbinas termoelétricas e naprodução de frio criogenia .Essefenômeno pode ser observadotambém no dia-a-dia quando umtambém no dia-a-dia quando umcopo de água gelado é cercadoexternamente por gotículas deágua. Essas gotículas eram vaporde água que estavam no ar e que,ao serem resfriadas pelasuperfície gelada do copo,condensaram. 36
 Um gás que se forma abaixo da superfície de um líquido produz bolhas. Asbolhas pelo empuxo, sobem até a superfície do líquido, de onde escapam
Mudança de Fase: Ebulição
 O fenômeno da ebulição ocorre quando uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso.
bolhas pelo empuxo, sobem até a superfície do líquido, de onde escapampara o ar próximo a ela. Essa mudança de fase se chama ebulição.
A ebulição assim como a evaporação, é um processo de resfriamento!processo de resfriamento!
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 Trabalho e Calor em Processos Termodinâmicos 
PAdyFdydW 
 O trabalho realizado pelo gás sobreo pistão:
ou
PdVdW 
ou
 A escolha do sinal da grandeza W.
 O trabalho total realizado pelo gás quando seu volume muda de Vipara Vf é dado por:  fiVV PdVW 38
 O trabalho realizado por um gás naexpansão de um estado inicial a umestado final é numericamente igual a áreasob a curva conectando os estados nodiagrama PV. O trabalho realizado por um sistemadepende dos estados inicial e final.depende dos estados inicial e final.
O trabalho (W) realizado para levar um sistema termicamente isolado de um dado estado inicial a um dado estado final é independente do caminho.
39
 A energia transferida por calor para fora ou para dentro de umsistema também depende do processo.
 Considere as situações aolado, em cada caso, o gáslado, em cada caso, o gástem as mesmas condiçõesiniciais de volume,temperatura e pressão e éum gás ideal.
 Em (a), temos umaexpansão isotérmica.
 Em (b), temos umaexpansão livre.
 Os estados inicial e final em ambos os casos são iguais, mas oscaminhos são diferentes.
40
41
Primeira Lei da Termodinâmica
 A primeira lei da termodinâmica é a lei de conservação da energia. Nelaobservamos a equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que aenergia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energiainterna.
 Podemos dizer que existe uma função U (energia interna) cuja variaçãodurante uma transformação depende unicamente de dois estados, o inicial e ofinal. Num sistema fechado a indicação desta variação é dada como:
U = Uf – Ui = Q - W
 Aqui Q e W são, respectivamente, o calor e o trabalho trocados entre osistema e o meio.sistema e o meio.
 As quantidades Q e W são expressas algebricamente, sendo positivas quando osistema recebe energia em forma de calor (Q) e se expande (W).
 A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e deinteração de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a conservaçãode energia. 42
Primeira Lei da Termodinâmica
U = Uf – Ui = Q - W
U = Uf – Ui
Q W
Se Uf fôr maior que Ui houve aumento da temperatura do sistema.
Se Uf fôr menor que Ui houve diminuição da temperatura do sistema.
43
Primeira Lei da Termodinâmica
Processo Restrição Consequência
Adiabático
U Q W  
0Q  U W  Adiabático
Volume Cte.
Ciclo fechado
Expansão Livre
0Q  U W  0W  U Q 0U  Q W0Q W  0U 
44
 ProcessoCíclico ΔEint = 0 e, portanto, Q = W
 Processo Adiabático(É nula a troca de calor com a vizinhança) Q = 0 e, portanto, ΔEint = -W
 Processo AdiabáticoLivre Q = 0, W = 0 e, portanto, ΔEint = 0
 Processo Isobárico P = cte. e W = P(Vf-Vi)
 Processo W = 0 e ΔE = Q ProcessoIsovolumétrico(Volume constante)
W = 0 e ΔEint = Q
 Processo Isotérmico
45
Q = W
Capítulo 18 – Termodinâmica
• Temperatura• Calor e as Leis da Termodinâmica• Calor e as Leis da Termodinâmica• Transferência de Calor e Mudanças de Fase
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 O Calor se transfere de objetos mais quentes paraobjetos maisfrios. Se vários objetos, a diferentes temperaturas, são postos emcontato, aqueles mais frios tornam-se mais quentes.
temperatura comum
Transferência de Calor
 Eles tendem a atingir uma temperatura comum.
 Este processo ocorre de três maneiras:
 Condução Convecção Radiação
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• Calor que penetra naextremidade quente da barrade ferro se transfere por todoo seu comprimento.
• Esse modo de transferência
Condução
• Esse modo de transferênciade calor é chamado decondução.
• A condução térmica ocorrepor meio de colisões entre aspartículas e suas vizinhasmais próximas.
• Como o calor se transmite• Como o calor se transmiterapidamente pela barra,dizemos que ele é um bomcondutor de calor. Mauscondutores são chamados deisolantes.es.
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 A transferência de calor por meio domovimento de um fluido, subindo oudescendo, é chamada deconvecção.
Convecção
 Diferentemente da condução, aconvecção ocorre somente emfluidos (líquidos ou gases).
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 A energia proveniente do Solatravessa o espaço e, depois, aatmosfera terrestre para, então,aquecer a superfície da Terra.
Radiação
 Essa transferência de energia nãopode envolver condução ouconvecção, pois não existe meiomaterial entre o Sol e a Terra.
 A energia é transmitidade outra forma –por radiação.. A energia transferidaneste caso, é chamada de energianeste caso, é chamada de energiaradiante.
A energia radiante existe em forma de ondas eletromagnéticas!!! 50
Emissão de Energia Radiante
51
Exemplo: Carro sob um dia de sol
Como a temperatura do Sol ébem mais quente que a do carro
Aquecimento Global e o Efeito Estufa
bem mais quente que a do carroas ondas irradiadas pelo Sol sãomuito curtas. Estas ondasatravessam facilmente o vidrodo carro e penetram no seuinterior. O interior do carrotambém irradia suas própriasondas, mas, uma vez que elenão é tão quente quanto o Sol,não é tão quente quanto o Sol,as ondas emitidas são maislongas (infra-red). Essas ondasse deparam com o vidro quenão é transparente a elasretornam para o interior docarro. 52
Exercício-Exemplo 7.4 (Alaor Chaves)
• Um gás passa por um processo cíclico mostrado na Fig. Ele parte doponto A e expande-se isobaricamente até o ponto B. Após isso ele éresfriado isocoricamente até o ponto C, depois comprimidoisobaricamente até o ponto D e finalmente aquecido isocoricamenteisobaricamente até o ponto D e finalmente aquecido isocoricamenteaté o ponto A. Calcule (a) o trabalho realizado pelo gás e (b) o calorrecebido por ele no ciclo.p
A BpA
53V
CD
VA
pD
VB
Processos Adiabáticos para um Gás Ideal
Em três processos, uma variável de estado é mantida constante 
P = constante para um processo isobárico
V = constante para um processo isocórico
T = constante para um processo isotérmico 
Um quarto processo especial é oprocesso adiabático
Há algo constante nesse processo? 
Veremos que a combinação de algumas variáveis permanececonstante !
54
constantePV
constante1 TV
constante !
Imagine um gás se expandindo adiabaticamente num cilindroisolado termicamente, de modo que Q=0
Supomos
• uma variação infinitesimal do volume  dV• uma variação infinitesimal da temperatura  dT
O trabalho realizado pelo gás é PdV
A variação da energia interna é dada pela equação dTnCdU V a primeira lei da termodinâmica será
dWdQdU  ou PdVdTnCV  0
55
nRTPV Derivando nRdTVdPPdV obtemos
Assim:
VC
PdVndT 
Substituindo o valor de obtemos ndT
PdVC
RVdPPdV
V

VP CCR Dividimos a equação acima por PV e substituímos 
V
dV
C
CC
P
dP
V
dV PV 

    01  VdVPdPVdV  VCPV V 
0 VdVVdVPdPVdV 
  01  VPV 
0 VdVPdP 
 

Integrando, obtemos constantelnln  VP 
que podemos escrever como
56
que podemos escrever como
constantePV
constante1 TVutilizando a lei do gás ideal 
A figura ao lado mostra o diagrama PVpara uma expansão adiabática
Como  > 1, a curva PV é mais íngreme do que a inclinação de uma expansão isotérmica, em que 
constantePV
inclinação de uma expansão isotérmica, em que PV = constante
 o gás arrefece durante uma expansão adiabática
dWdU Da equação
durante uma expansão adiabática, é 
negativo  também é negativo
vemos que:
dU
dT
57
 ffii VPVP 
11    ffii VTVT
Para os estados inicial (i) e final (f):
 o gás arrefece durante uma expansão adiabática
Inversamente, a temperatura aumenta se o gás for comprimido adiabaticamente
e utilizando a lei do gás ideal 
Resumo dos quatro processos termodinâmicos para o gás ideal 
58
Exercício-Exemplo 7.5 (Alaor Chaves)
• Um cilindro com um pistão móvel contém gás hélio, inicialmente àtemperatura de 300K e pressão de 1 atm. O gás expande-seadiabaticamente até duplicar seu volume. Calcule a pressão e atemperatura finais do gás. (γ = 5/3 – He é um gás monoatômico)temperatura finais do gás. (γ = 5/3 – He é um gás monoatômico)
59
E 7.11 (Alaor Chaves)
• Para o ar, tem-se γ = 1,40. O ar, contido em um recipiente,inicialmente à temperatura de 400K e pressão de 1 atm, expande-seadiabaticamente até que seu volume duplique. Calcule sua pressãoe sua temperatura finais.e sua temperatura finais.
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E 7.12 (Alaor Chaves)
• Um gás passa por um processo adiabático em que o volume inicial éV0 e o volume final é Vf. Se sua temperatura inicial é T0, mostre quea temperatura final é: 1V   00f f
VT T V
     
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Referências
1. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos deFísica: gravitação, ondas e termodinâmica. Volume 2; 9ª Edição; Rio deJaneiro: LTC, 2012.Janeiro: LTC, 2012.2. YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Física II: termodinâmica eondas. 12ª.Edição. São Paulo: Addison Wesley, 2008.3. NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica 2: fluidos, oscilaçõese ondas, calor. 4ª Edição revisada. São Paulo: Editora Edgard BlucherLTDA, 2009.
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Expansão Isotérmica de um Gás Ideal
• Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica(temperatura constante) para uma temperatura(temperatura constante) para uma temperaturaT, enquanto o volume varia entre os limites V1 eV2. Qual é o trabalho realizado pelo gás?
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Ciclo de Carnot
 Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela Máquina de Carnot, que temfuncionamento apenas teórico.
 Funcionando entre duas transformações isotérmicas e duas adiabáticasalternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo.
 O rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmicatrabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter.
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Entropia e a 2a. Lei da Termodinâmica
 A segunda lei da termodinâmica expressa, de uma forma concisa, que
"A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo". 
“É impossível construir um dispositivo que opere, segundo um ciclo, e que não produza outros efeitos, além da transferência de calor de um corpo frio para um corpo quente”.
 Não é possível a passagem espontânea de calor de um corpo frio para umcorpo quente.
 o que sempre ocorre é o inverso, passagem espontânea de calor de um corpo o que sempre ocorre é o inverso, passagem espontânea de calor de um corpoquente para um corpo frio.
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Refrigerador
 Alguém poderia citar orefrigerador como apassagem de calor da regiãofria para uma região quente,mas isto não é espontâneo!!
 Para que ocorra é necessáriaà utilização de um motor que
W
à utilização de um motor querealize o trabalho.
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Máquinas Térmicas
 A outra situação que não ocorre é a A outra situação que não ocorre é atransformação integral de calorem trabalho.
 As máquinas térmicas trabalhamutilizando duas fontes detemperaturas diferentes, de modoque uma parte do calor retirado dafonte quenteé enviada a fonte fria.
 Não é possível transformar todo ocalor retirado da fonte quente emtrabalho.
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Entropia e a 2a. Lei da Termodinâmica
Definição de entropia:
S = Q/T 
Enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece a conservação deenergia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece condições paraque as transformações termodinâmicas possam ocorrer.
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A 3a. Lei da Termodinâmica
Definição de entropia em nível microscópico:
S = kB log (W
3ª. Lei da Termodinâmica:
S 0 quando T 0K
Ludwig
Boltzmann
J. Willard
Gibbs
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