AULA 01 FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA ANTONIO CADILHE UFMG

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Livro-texto: 
Física II – 12ª Ed. - Young & Freedman 
Editora Pearson Education do Brasil - S P 
 
 
 
 
 
 
 
Avaliação: 
40 pts => 1ª. Prova 
40 pts => 2ª. Prova 
20 pts => 4 Testes em sala 
 
listas de problemas: Moodle 
 
 
 
 
 
 
Exame Especial a ser definido pela SE 
Fundamentos deTermodinâmica 
DF- UF G Prof. Antonio Cadilhe 
Aula Dia Assunto Cap 
1 22/05/17	 Temperatura e Dilatação 17 
2 24/05/17	 Transferência de Calor 
3 29/05/17	 Exercícios * 
4 31/05/17	 Propriedades Moleculares 18 
5 05/06/17	 Teoria cinética dos gases 
6 07/06/17	 Exercícios * 
7 12/06/17	 A 1ª lei da termodinâmica 19 
8 14/06/17	 Processos em Gás Ideal 
9 19/06/17	 Exercícios * 
10 21/06/17	 PROVA I 
11 26/06/17	 Reversibilidade e Máquinas Térmicas 20 
12 28/06/17	 2ª a Lei e Ciclo de Carnot * 
13 03/07/17	 Entropia 
14 05/07/17	 Exercícios * 
15 10/07/17	 PROVA II 
16 12/07/17 PROVA SUBSTITUTIVA 
...... Exame Especial 
 
•  Tecnologia (mecânica, 
eletrônica, arquitetura, 
siderurgia, culinária...) 
•  Ciências (biologia, 
astronomia, geologia, 
química, física...) 
Termodinâmica 
M.C. Escher - Waterfall - 1961 
Transformações 
da energia (via 
calor e trabalho) 
Fundamentos de Termodinâmica 
Mecânica à Energia externa à Leis de Newton 
Termodinânica à Energia interna à Leis da Termodinâmica 
 
Cap.17 – Temperatura mede o equilíbrio térmico. 
(termômetros - dilatação - Calor = Fluxo de Energia) 
Cap.18 – Teoria Molecular - Gás Ideal - Capacidade Térmica 
(Visão microscópica: ligação entre a mecânica e a termodinâmica) 
Cap.19 – Primeira Lei à A energia se conserva. 
(Variação da energia interna e processos em gases) 
Cap.20 – Segunda Lei à A Entropia do universo não diminui. 
(Máquinas térmicas - reversibilidade e ciclo ideal de Carnot) 
 
•  Caso mais familiar: a mecânica 
–  Estuda fenômenos macroscópicos, isto é, objetos 
de tamanho visível (ou quase) 
–  O foco é no estudo de propriedades familiares 
aos nossos sentidos, tais como a posição, tempo, 
velocidade, aceleração, força, massa, etc. 
–  Pretende-se entender como o sistema se 
comporta ao longo do tempo tendo em conta a 
aplicação de forças (externas) (segunda lei de 
Newton). 
O que é a Termodinâmica? 
•  Caso menos familiar: a termodinâmica 
–  Estuda fenômenos macroscópicos, isto é, objetos 
de tamanho visível (ou quase) 
–  O foco é no estudo de propriedades familiares 
aos nossos sentidos, tais como a pressão, volume, 
densidade, temperatura, etc. 
–  Pretende-se entender como o sistema se 
comporta internamente. Temos de estudar as leis 
da Termodinâmica. 
O que é a Termodinâmica? 
Fundamentos de Termodinâmica 
Mecânica à Energia externa à Leis de Newton 
Termodinânica à Energia interna à Leis da Termodinâmica 
 
ΔEnergia externa= ΔEnergia cinética + ΔEnergia Potencial 
 
ΔEnergia interna= Calor + Trabalho ç 
	
ΔΕ= Ef - Ei Variação de energia: Valor final - Valor inicial 
Não há engano! Não existe variação de 
calor e de trabalho 
 
Equilíbrio térmico: 
Qual é a temperatura do Espaço? 
Utilização do calor. 
Comércio de gelo no sec XIX 
• O Equilíbrio térmico é conseguido usando uma parede 
diatérmica (que permite o fluxo de calor, ao contrário de uma 
parede adiabática) entre dois corpos, A e B. 
• O equilíbrio térmico define o conceito de temperatura (Lei 
“zero” da termodinâmica): 
 TC = TA ; TC = TB è TA = TB 
Temperatura e Equilíbrio térmico 
Qualquer propriedade macroscópica 
mensurável X de um corpo, volume, 
comprimento, pressão, resistência, etc., 
é a p r i nc íp i o uma propr iedade 
t e r m o m é t r i c a i . e . d e p e n d e d a 
temperatura. Logo a temperatura T é uma 
função de X, T(X). 
 
A dependência mais simples entre T e X 
seria da forma linear 
 
T(X)=aX+b 
Escala linear entre T e X 
Termômetros e Escalas de Temperatura
Termômetros e Escalas de Temperatura
Escalas dependem das propriedades! 
Aparentemente a temperatura depende da escala, isto é, 
depende da substância utilizada para a medir! 
Termômetro de gás a volume 
constante e a Escala Kelvin 
Tal não é verdade: 
A temperatura é uma propriedade do 
sistema 
Há escalas de temperatura que não dependem da substância 
utilizada. 
Calibração Termométrica na Escala Kelvin
T ∝ P ∴ T = a P T / P= Ttp / Ptp à T= 273,16 P/Ptp 
Obs. : P e Ptp são pressões do gás no termômetro e não do vapor de água! 
 Ttp = 273,16K por definição no ponto triplo da água. 
Comparação das escalas de temperatura comuns: 
 oC K oF 
Ebulição da Água (1Atm) 100 373,125 212 
Corpo humano 37,0 310,2 98,6 
Fusão da Água (1Atm) 0,00 273,15 32,0 
Ponto triplo da água 0,01 273,16 32,0 
Ebulição do Nitrogênio -196 77 -321 
Zero absoluto -273,15 0 -459,67 
°F = 1.8°C + 32 K = °C + 273.15 
Termômetros e Escalas de Temperatura 
Expansão térmica
Dilatação Linear: Δ L = α L0 Δ T 
L = L0 + Δ L 
 
Vale para ΔT pequenos < 100 oC 
α não é constante α(To, ΔT) 
α positivo e negativo 
 
Dilatação Volumétrica: Δ V = β V0 Δ T. β = 3α 
 
Material Coeficientes de dilatação 
linear α [(oC)-1 ou K-1] 
Aluminio 23 x 10-6 
Cobre 17 x 10-6 
Vidro comum 9 x 10-6 
Vidro Pirex 3.2 x 10-6 
Aço 11 x 10-6 
Invar 0.7 x 10-6 
 
Cristais se dilatam de 
modo diferente em 
direções diferentes. 
Neste caso, α é um 
tensor. 
Expansão térmica
Juntas de dilatação
Tensão térmica: 
(Y = módulo de Young) 
TY
L
LY
A
F
Δ−=
Δ
−= α
Expansão térmica: dilatação da água
ρágua (4 oC) = 999.973 kg/m3 
Quantidade de Calor 
 
Calor: Energia em Trânsito 
 
• Calor é a energia que flui entre um sistema e sua vizinhança em virtude de 
uma diferença de temperatura entre eles. 
• Convencionamos positivo o calor que flui para o sistema (TA > TS) . 
• O calor transferido depende do tipo de processo e não dos estados inicial e 
final do sistema. 
 
Equivalente mecânico do calor (Joule 1850) 
 
1 cal = 4,186 J 
1 Btu = 1.055J (aparelho de ar condicionado -> 10.000 Btu/h) 
1 Cal = 1.000 Kcal = 4.186 KJ (medida de nutrição) 
C´ à Capacidade calorífica Q = C´ΔT 
 
c à Calor específico Q = mcΔT 
 
C à Calor específico molar Q = nCΔT 
 
L à Calor de transformação Q = mL 
 (Calor Latente) 
• O calor específico também depende do processo:
Cp – a pressão constante é em geral obtido experimentalmente.
Cv – a volume constante é em geral obtido teoricamente.
Capacidade Térmica 
Calor Específico
Calorimetria e Transições de Fase 
Q = Ri2 t 
Calor Latente (fusão/
vaporização/combustão) 
Gasolina: Lc = 46000 kJ/kg 
Transferência de Calor por Condução 
dx
dTkA
L
TTkA
dt
dQH CH −→−==
k
LR
R
VVi
R
TTAH CH =→⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −=≈
−
= 12
Resistência Térmica: 
Material Condutividade Térmica k 
 (W/m K) 
Prata 406.0 
Cobre 385.0 
Latão 109.0 
Alumínio 205.0 
Aço 50.2 
Chumbo 34.7 
Mercúrio 8.3 
Gêlo 1.6 
Vidro 0.8 
Concreto 0.8 
Hidrogênio 0 ºC 0.14 
Helio a 0 ºC 0.14 
Oxigenio 0.023 
Tijolo Isolante 0.15 
Tijolo vermelho 0.6 
Cortiça 0.04 
Lã de vidro 0.04 
Feltro 0.04 
Isopor 0.01 
Madeira 0.12-0.04 
Ar a 0 ºC 0.024 
Transferência de Calor por Convecção 
Transferência de Calor por Radiação 
42
84 1067,5; Km
WxTAe
dt
dQH
⋅
=== −σσ
Lei de Stefan-Boltzmann 
(e = emissividade)