Temperatura - Física II (UFCG)

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Temperatura, calor & 
1ª Lei da Termodinâmica
Perfis de temperatura médios anuais sobre o Cariri para 2005 obtidos pelo satélite TIMED/SABER (linha sólida) e o modelo atmosférico CIRA-86 (linha pontilhada). 
a) Temperaturas médias mensais sobre o Cariri obtidas pelo satélite TIMED/SABER em 2005. b) Temperaturas médias mensais em 5º S obtida com o modelo CIRA-86.
• Application:
Space Shuttle Orbiter
Fig. 23.0, Callister 5e. (Fig. 23.0 courtesy the National Aeronautics and Space Administration.
Fig. 19.2W, Callister 6e. (Fig. 19.2W adapted from L.J. Korb, C.A. Morant, R.M. Calland, and C.S. Thatcher, "The Shuttle Orbiter Thermal Protection System", Ceramic Bulletin, No. 11, Nov. 1981, p. 1189.)
• Silica tiles (400-1260C):
--large scale application
Fig. 19.3W, Callister 5e. (Fig. 19.3W courtesy the National Aeronautics and Space Administration.
--microstructure:
~90% porosity!
Si fibers
bonded to one
another during
heat treatment.
Fig. 19.4W, Callister 5e. (Fig. 219.4W courtesy Lockheed Aerospace Ceramics
Systems, Sunnyvale, CA.)
THERMAL PROTECTION SYSTEM
3
Medida de temperatura: escala Kelvin
 ( uma das sete quantidades básicas do SI )
Algumas temperaturas (K):
1039 Início do universo
108 Temperatura mais alta alcançada em laboratório
107 Núcleo do Sol
6000 Superfície do Sol
3400 Fusão do tungstênio
 3 Temperatura atual do universo
 0.5 Ebulição do He 3
10-8 Recorde de baixa temperatura em laboratório
Algumas temperaturas
Absolute zero(precisely by definition)
0 K
Coldest measured temperature[26]
450 pK
One millikelvin (precisely by definition)
0.001 K
Water'striple point(precisely by definition)
273.16 K
Water'sboiling point[A]
373.1339 K
Incandescent lamp[B]
2500 K
Sun'svisible surface[D][28]
5,778 K
Lightning bolt'schannel[E]
28 kK
Sun's core[E]
16 MK
Thermonuclear weapon(peak temperature)[E][29]
350 MK
Sandia National Labs‘Z machine[E][30]
2 GK
Core of ahigh-mass star on its last day[E][31]
3 GK
Merging binaryneutron starsystem[E][32]
350 GK
Relativistic Heavy Ion Collider[E][33]
1 TK
CERN'sproton vs nucleus collisions[E][34]
10 TK
Universe5.391×10−44safter theBig Bang[E]
1.417×1032 K
http://en.wikipedia.org/wiki/Temperature
Temperatura & lei zero
Termodinâmica : 
estudo da energia térmica ( energia interna ) dos sistemas
Conceito central: 
temperatura
Temperatura é um conceito de uso cotidiano e portanto seu entendimento é 
geralmente superestimado.
Medida de temperatura: escala Kelvin
 ( uma das sete quantidades básicas do SI )
Termoscópios & termômetros 
Quando alguma propriedade física de um corpo se modifica 
com a alteração da temperatura temos um termoscópio.
Quando calibramos um termoscópio temos um termômetro. 
Com o qual é possível aferir quantitativamente a temperatura 
para uma dada escala
Temperatura de ebulição da água
Temperatura normal do corpo humano
Temperatura ambiente
Temperatura de fusão do gelo
Anders Celsius (1701 – 1744)
Calibração utilizada por Celsius
Termômetro a gás e escala de temperatura absoluta
Termômetro a gás a volume constante. Isto se deve a mangueira flexível que permite abaixar ou levantar o tubo B3 de modo que o nível do fluido em B2 fica sempre no zero. A pressão é medida pela altura da coluna h em B3. 
O gás utilizado e a sua pressão têm alguma influencia no resultado da medição da temperatura?
A fim de se estabelecer um padrão de temperatura, foi adotado como referencia o ponto triplo da água (condição onde água líquida, vapor de água e gelo coexistem em equilíbrio) onde o valor de t3 = 0,01°C e P3 = 4,58 mmHg. Utilizando a Eq. (2), e dois pontos de referencia – (0,01°C; 4,58mmHg) e (-273,15°C; 0mmHg) – obtemos a seguinte expressão:
onde T = t + 273,15 e é dado em kelvins. T é a temperatura absoluta.
Escala Celsius e Fahrenheit
 Celsius:
 Fahrenheit:
Anders Cornelius 
Celsius
(1701 - 1744)
Gabriel Daniel
Fahrenheit
(1686 - 1736)
Lord Kelvin 
(1824-1907) 
Medidas de temperatura & escala Kelvin
O ponto triplo da água: 
gelo água e vapor podem coexistir em equilíbrio térmico para somente um 
conjunto de valores para temperatura e pressão
Lei zero da termodinâmica
Se os corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, então existe equilíbrio térmico entre eles
Numa linguagem menos formal: se dois corpos estão em equilíbrio térmico, a temperatura de ambos é a mesma ( e vice versa)
(essa formulação passou a ser utilizada nos anos 1930, após o estabelecimento da primeira e segunda leis)
Variáveis que descrevem as propriedades de um gás: P, V, T e n
Lei de Charles: P e n constantes , variação de V e T
Variáveis que descrevem as propriedades de um gás: P, V, T e n
Lei de Charles: P e n constantes , variação de V e T
Definição da escala absoluta
A escala Kelvin com o zero de temperatura 
definida pela extrapolação da lei de Charles
http://chemistry.umeche.maine.edu/~amar/fall2007/charles.html
Estado do Sistema
Sistema Macroscópico : Fluido Homogêneo
Equilíbrio Termodinâmico 
Variáveis Macroscópicas de Estado: P, V, T, ΔU e S
Gases Ideais
Interação entre partículas desprezível
Gases reais no limite de baixas densidade 
MOL
1 MOL
Número de átomos em uma amostra de 12 g de Carbono-12
Número de Avogadro
NA=6,02x1023 mol-1 (moléculas por mol)
Número de moles num gás de N moléculas
n = N / NA 
Número de moles num gás de massa m 
n = m / M
M : Massa molecular = Massa de 1 mol
n = m / moNA 
mo : Massa de 1 molécula
Amedeo Avogadro
(1776 -1856)
Volume molar: Vm
Vm = V / n
Princípio de Avogadro: 
“Volumes iguais de gases, nas mesmas condições de temperaturas e pressão contêm o mesmo número de moléculas”
V = constante x n
A constante de proporcionalidade é independente da identidade do gás
Para CNTP
Po = 1 atm
T0 = 273 K
→ V1mol = 22,4 l
Lei dos gases ideais
Gases Ideais
Constante dos Gases Ideais
R = NA k = 8,31 Jmol-1K-1 =0,08206 Latm/Kmol
Para 1 MOL de qualquer gás :
Ludwig Eduard
Boltzmann
(1844-1906) 
Lei dos Gases perfeitos ou ideais
P V = n R T
Volume molar Vm
Condições normais ambientes de temperatura e pressão
T = 298,15 K
P = 1 bar (105 Pa)
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP)
T = 0o C = 273,15 K
P = 1 atm
Massa Molecular M – é a massa de 1 mol, também conhecida como massa molar ou peso molecular.
Para um gás de n moles, temos que a massa de um gás é: m = nM 		
e a sua densidade, por sua vez, é dada por:  = m/V = nM/V		
Processos Isotérmicos
T2
T1
P
V
T1<T2
T constante
P
V
Pi
Pf
Ti
Tf
Processos Isocóricos
V constante
P
1 l 
2 l 
Visão microscópica
Temperatura: 
Energia cinética média das partículas do gás
Pressão: 
Variação do momento linear das partículas que colidem nas paredes do recipiente de gás
Existe um enorme número de moléculas no gás colidindo elasticamente entre si e com as paredes do recipiente que o contém;
A distância média entre as moléculas é grande em comparação com seus diâmetros;
Não há direção nem posição privilegiada para as moléculas no recipiente e a ação da gravidade é desprezada 
Teoria cinética da pressão
n1 : No. de partículas por volume com componente x da velocidade : v1x 
Cada partícula :
No. de moléculas que colidem em dt :
ds : Área da parede
Momento transferido pelas partículas com v1x em dt :
COLISÃO
Momento total transferido para área ds em dt somando todas as vix : 
 Pressão :
Teoria cinética da pressão
Força :
Isotropia do espaço : +x e -x
Velocidade quadrática média
Isotropia do espaço
Teoria cinética da pressão
 Pressão
Energia cinética média total
 Pressão
Teoria cinética da pressão
 Pressão
Gases ideais
Energia cinética média total
Teoria cinética da pressão
Energia Cinética média de 1 molécula :
Teoria cinética da pressão
INDEPENDENTE DA MASSA
Energia Cinética média de 1 MOL :
GÁS
Massa Molar
(10-3kg/mol)
vrms(m/s)
H2
2.02
1920
He
4.0
1370
H2O (vapor)
18.0
645
N2
28.0
517
O2
32.0
438
CO2
44.0
412
SO2
64.1
342
Velocidades quadrática média
m : massa de 1 molécula do gás
Distribuição de Maxwell
Ludwig Eduard
Boltzmann
(1844-1906) 
Gases Reais
Eq. de van der Waals
Condensação 
A pressão, quando o líquido e o vapor estão presentes em equilíbrio, é chamada de PRESSÃO DE VAPOR DO LÍQUIDO na temperatura da experiência
Isotermas do CO2 
ABC:
aumento de P a T = cte
Em C : 
 deslocamento do pistão sem aumento de P
 aparecimento de uma gota de líquido
 equilíbrio líquido, gás
Sistema A comprimido por um pistão
CDE: 
quantidade de líquido aumenta