Física ll Temperatura e Calor

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Temperatura e Calor
Prof. Tarcilene Heleno
Temperatura: é a grandeza física macroscópica relacionada à movimentação das partículas, que mede o estado de agitação térmica dos corpos.
Quanto maior a temperatura mais energia cinética terão as moléculas do material.
Temperatura e Calor
CALOR: é energia térmica em trânsito entre corpos de diferentes temperaturas. 
	Considere dois corpos A e B em diferentes temperaturas TA e TB, tais que a temperatura do corpo A seja maior que a temperatura do corpo B;
	Cada corpo possui energia térmica e essa energia é transferida do corpo de maior temperatura, no caso acima A, para para o corpo de menor temperatura (corpo B);
	A transferência da energia térmica cessa no momento em que os dois corpos atingirem a mesma temperatura: o EQUILÍBRIO TÉRMICO.
Temperatura e Calor
A
B
TA > TB
Calor
TA = TB
A
B
Calor
Equilíbrio Térmico
Temperatura e Calor
 Equilíbrio térmico e temperatura
Equilíbrio térmico é conhecido com a Lei Zero da Termodinâmica e pode ser enunciada da seguinte forma: 
Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B, e este está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A está em equilíbrio térmico com C.
Devemos ressaltar que os corpos A, B e C estão em um ambiente termicamente isolado. Os corpos A, B e C podem estar quentes ou frios, em contato ou não os corpos frios irão se aquecer e os quentes esfriar até que atinjam o mesmo estado térmico, ou seja, a mesma temperatura. 
 Termômetros e escalas de temperatura
Se todos os corpos estão em um ambiente isolado termicamente e tendem a atingir a mesma temperatura, então torna-se possível sua medição através de instrumento. Este instrumento chamamos de Termômetro.
Um termômetro comum deve ter uma substância termométrica que varia seu volume ao sofre alguma variação de temperatura, como por exemplo, o mercúrio, e uma escala que registrará o valor correspondente da temperatura.
Muitas propriedades da matéria, que podemos medir, dependem da temperatura:
Comprimento de uma barra metálica, 
 Pressão no interior de uma caldeira, 
 Corrente elétrica transportada por um fio. 
 A cor de um objeto incandescente(quente).
 
Propriedades Termométricas: É uma propriedade física que se altera com a mudança da temperatura.
 Qualquer propriedades termométrica para ser usado para construir um termômetro.
Quando um termômetro está em contato térmico(existe troca de calor) com um corpo e a propriedade termométrica utilizada não se altera, dizemos que o sistema atingiu o equilíbrio térmico.
 Termômetros e escalas de temperatura
 Termômetros e escalas termométricas
 Termômetros e escalas termométricas
 Termômetros e escalas termométricas
Conversão entre as escalas
 Dilatação Térmica
	Dilatação Linear
	As experiências mostram que a variação de comprimento é diretamente proporcional à variação da sua temperatura e ao seu comprimento inicial. 
	Considere uma barra que tenha um comprimento inicial L0 em temperatura T0. Observa-se que que o comprimento é uma função da temperatura, L = L(T).
 
 Dilatação Térmica
	Dilatação Linear - Gráfico 
A dilatação linear pode ser representada por um gráfico do comprimento em função da temperatura do corpo, observe:
 Na construção de pontes, ferrovias, viadutos ou prédio, a dilatação destes deverá ser considerada. Para que a dilatação não cause destruição, utilizam as juntas de dilatação, que constituem um pequeno espaço entre blocos de concreto ou ferro que é preenchido no caso de aumento de temperatura, o que impede danos às construções. 
 Dilatação Térmica
	Dilatação Superficial
	 A dilatação superficial se caracteriza pela variação na área superficial do corpo. :
Considere uma chapa que tenha uma área inicial A0 em temperatura T0. Essa variação na superfície do corpo pode ser calculada através da seguinte expressão:
 Dilatação Térmica
	Dilatação Volumétrica
A dilatação Volumétrica se caracteriza pela variação no volume do corpo. 
	Considere uma sólido que tenha um volume inicial V0 em temperatura T0.
γ é o coeficiente de dilatação térmica volumétrica
γ= 3α;
 EXERCÍCIOS
Num determinado dia, em São Paulo, a temperatura ambiente foi igual à de Londres. Sabendo que, nesse dia, a temperatura de Londres foi 50ºF, QUAL foi a temperatura de São Paulo, na escala Celsius?
À pressão de 1 atm, as temperaturas de ebulição da água e fusão do gelo na escala Fahrenheit são, respectivamente, 212ºF e 32ºF. Qual a temperatura de um líquido que está a 50ºC à pressão de 1 atm é, em ºF:
 EXERCÍCIOS
3) O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 100 cm, aquecida em laboratório por um aquecedor elétrico de vapor. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6 ºC-1 ?
 EXERCÍCIOS
4) Uma placa quadrada de alumínio tem uma área de 2m2 a 0 °C, se a placa é resfriada até 50 °C sua área varia de 0,0044 m2. Determine os coeficientes de dilatação superficial e linear do alumínio.
5) Um recipiente possui volume interno de 1 litro a 20 °C, o recipiente é então aquecido até 100 °C. Determine o volume interno desse recipiente depois de aquecido sabendo que o coeficiente de dilatação linear do material é de 15 · 10–6 °C–1
Calor e as Leis da Termodinâmica
	Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura entre eles. 
	A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C. 
	A relação entre a caloria e o joule é dada por: 
 1 cal = 4,186J 
		
	Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.
			1 kcal = 10³cal 
Calor e as Leis da Termodinâmica
Na prática vemos que os corpos cedem ou absorvem quantidades iguais de calor, mas em diferentes variações de temperatura, percebemos que os corpos possuem uma propriedade chamada capacidade térmica ou calorífica C. 
Capacidade térmica (C)
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:
No S.I. as unidades da capacidade térmica é J/K ou J/°C ou cal/°C .
Capacidade Térmica Quantidade de calor (Q) que um corpo é capaz de conter.
→ conteúdo de energia armazenada
C = Q / ΔT 
Calor e as Leis da Termodinâmica
Calor específico de uma substância(c)
 Quantidade de calor necessária para elevar em um grau uma grama de uma dada substância(caloria).
Experimentalmente, observamos que, 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 
onde c é a constante de proporcionalidade que depende da substância de que é constituído o corpo, chamada de calor específico dessa substância. 
Substituindo na equação acima temos: 
Q = m c ΔT 
Calor e as Leis da Termodinâmica
Calor de transformação
Calor sensível: Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura.
que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico. 
Calor e as Leis da Termodinâmica
Calor de transformação
	Ao aquecer um bloco de gelo a 0 ºC, verificaremos que ele funde, isto é, se transforma em líquido, mas sua temperatura não se modifica.
Calor latente é a quantidade de calor necessária para transformar completamente o estado físico de uma substância sem que haja alteração de temperatura.
Na qual: L é o calor latente da substância (cal/g);
Q é a quantidade de calor recebida ou cedida (cal);
m é a massa (g).
Calor e as
Leis da Termodinâmica
Calor Latente - Transições de fase
A palavra fase designa qualquer estado específico da matéria. 
A mudança de uma fase para outra ´e chamada de transição de fase.
	A tabela a seguir mostra, para algumas substâncias, a temperatura de fusão (tF), o calor latente de fusão (LF), a temperatura de vaporização (tV) e o calor latente de vaporização (LV). 
Calor e as Leis da Termodinâmica
Calorímetro: consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior. 	
	Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.
	Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja:
Trocas de calor 
Equação Fundamental da Calorimetria
Equação Fundamental da Calorimetria
Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior temperatura cedem calor aos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. 
E de acordo com o princípio de conservação temos:
ΣQ=0 
(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)
2) Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 20°C mergulhado em um litro de água à 80°C? Dados calor específico: água=1cal/g°C e alumínio = 0,219cal/g°C.
3) Calcular a massa de ferro a 180°C que deve colocar em um recipiente contendo 200 g de gelo a 15°C para que o equilíbrio térmico seja estabelecido a 30 °C. Dados: calor específico: água=1cal/g°C e gelo = 0,5 cal/g°C ,ferro = 0,114cal/g°C. L = 80cal/g
EXERCÍCIOS
1) 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?
MEIOS DE TRANSMISSÃ0 DE CALOR
Condução Térmica: É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos).
Exemplos de isolantes térmicos:
 água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem, etc.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Aplicações de isolantes térmicos:
Exemplo1: Os iglus, embora feitos de gelo, impedem a condução de calor para o meio externo. Elevando, assim sua temperatura interna.
Exemplo2: As roupas de frio são um exemplo de isolante térmico; o ar que fica retido entre suas fibras dificulta a 
condução de calor. Os pelos dos animais e a serragem também são bons isolantes térmicos porque retêm ar.
Convecção térmica: É a propagação de calor com transporte de matéria. A convecção consiste no movimento dos fluidos, só acontece para os fluidos, é o princípio fundamental da compreensão do vento, por exemplo.
	Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do movimento de massas fluidas de densidades diferentes.
O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e subindo. Então as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o lugar vago pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes movimentos causam, entre outros fenômenos naturais, o vento. 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Exemplo1: Água no fogo. A água quente na parte inferior, menos densa, sobe, enquanto a água Fria na parte superior, mais densa, desce. Esse movimento de água quente e fria água fria, chamado de corrente de convecção, faz com que a água se aqueça como um todo.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
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Radiação: É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). 
Não necessita de um meio material para acontecer, pois o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas, se propaga no vácuo.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
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