Aula5 1aLei

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Aula-5 
 Temperatura, Calor e 1ª Lei da 
Termodinâmica 
Física III 
1º semestre, 2016 
  Estuda as relações entre Calor e outras formas de 
energia em sistemas macroscópicos; 
  Grandezas básicas: 
 Temperatura (T) , Pressão (p), Volume (V), 
Energia interna (Eint), Calor (Q), Entropia (S). 
  Máquinas Térmicas : 
A Vapor; Refrigeradores; Ar-Condicionados, ... 
•  É grandeza escalar; 
•  Conceito macroscópico; 
•  Característica de 
sistemas termodinâmicos 
em equilíbrio térmico; 
Lei Zero da Termodinâmica 
•  Sistemas : A , B e T (termômetro) 
•  Parâmetro do Sistema T : Temperatura 
 Se: TT = TA e TT = TB 
 → TA = TB 
•  Se: Ti > Tj 
 → Fluxo de energia de i para j 
•  Principais Escalas: Kelvin [K], Celsius [oC], Fahrenheit [oF] 
Celsius [oC], Fahrenheit [oF] 
Termômetro de gás à volume constante 
Célula de ponto triplo 
•  Define um único conjunto de p, V e T 
•  T3 atribuída por acordo internacional: 
 T3 = 273,16 K 
T3 
  Kelvin, Celsius, Fahrenheit 
Celsius: 
T3 = 0,01 oC ; ΔT=1K=1oC 
Fahrenheit : 
T3 = 32,02 oF ; ΔT=5K=9oF 
≈ 
  Aumento de T → aumento da separação média 
entre átomos do sólido 
Expansão linear: 
Coeficiente de expansão linear: 
Expansão volumétrica : 
Coeficiente de expansão volumétrica: 
Exemplo: CUBO 
L 
  Aplicação : termostato 
contato elétrico 
- Densidade: 
- Volume específico: 
Moysés – Cap. 7 
Moysés – Cap. 7 
Moysés – Cap. 7 
Tc > Tambiente 
energia (Q) 
 Corpo perde energia interna: 
Calor transferido para o ambiente 
Tc < Tambiente 
energia (Q) 
Corpo ganha energia interna: 
 Calor cedido pelo ambiente 
Tc = Tambiente 
Não há transferência 
de energia 
• A capacidade de absorção depende do sistema; 
• Em geral, resulta em aumento de T. 
•  Só dependem do material e das condições 
 (Ex.: pressão ou volume constantes) 
Capacidade 
Calorífica : 
Calor 
Específico: 
Equivalente mecânico do calor 
James P. Joule 
1818 – 1889 
Físico Britânico 
•  A temperatura não varia durante a mudança de estado 
sólido líquido gasoso 
FUSÃO VAPORIZAÇÃO 
Q Q 
Q Q LIQUEFAÇÃO 
SOLIDIFICAÇÃO 
Calor de Transformação: 
333 kJ/kg 
Qual a quantidade de calor necessária para transformar 720 g 
de gelo, inicialmente a -10 0C, em água a 15 0C? 
 Dados: cice = 2220 J/Kg, LF = 333 J/kg, cliq = 4190 J/kg 
Q1 
Q2 
Moysés – Cap. 8 
Moysés – Cap. 8 
Moysés – Cap. 8 
•  CALOR: 
•  Energia transferida por contato térmico; 
 +Q : Calor recebido pelo sistema 
•  TRABALHO: 
•  Energia transferida por variação dos 
 parâmetros externos do sistema; 
 +W : Trabalho realizado pelo sistema 
•  ENERGIA INTERNA DO SISTEMA: 
•  Energia Cinética + Potencial dos graus de 
 liberdade internos; 
 : Proporcional a Temperatura 
T < Ta 
energia (Q) T 
Ta 
(Conservação de Energia) 
Trabalho em Fluidos: 
Calor 
Vi Vf 
F 
F 
i → f ; Qual caminho ? 
Área sob a curva 
no diagrama p - V 
•  Sistema isolado OU Processo muito rápido 
•  Expansão adiabática: W > 0 : ΔEint < 0 : Temperatura diminui 
•  Não há transferência de calor 
•  Compressão adiabática: W < 0 : ΔEint > 0: Temperatura aumenta 
Isolamento 
•  Volume = Constante 
•  Gás absorve calor : Q > 0 : ΔEint > 0 : Temperatura aumenta 
•  Gás libera calor : Q < 0 : ΔEint < 0 : Temperatura diminui 
•  Temperatura = Constante 
Ex.: Gás Ideal → 
T = const 
•  Estado inicial = Estado final (i → f → i´ ) 
Curvas fechadas 
Ti = Ti´ 
Eint inicial (i) = Eint final (i´ ) 
onde: 
i´ 
i´ 
W >0 
•  A temperatura do gás NÃO varia 
•  Não pode ser realizado lentamente: processo abrupto. 
•  Os estados intermediários não são “de equilíbrio” ; 
 Não se pode plotar a trajetória em um diagrama p - V 
•  Expansão adiabática sem realização de trabalho 
Deve-se converter 1 kg de água, a 100 0C, em vapor d´água 
na mesma temperatura, numa pressão p = 1,01x105 N/m2. O 
volume da água varia de 1,0 x 10-3 m3, quando líquida, para 
1,671 m3 em gás. Calcule: a) O trabalho realizado pelo 
sistema; b) A variação da energia interna do sistema. L = 
2260 kJ/kg. 
Deve-se converter 1 kg de água, a 100 0C, em vapor d´água 
na mesma temperatura, numa pressão p = 1,01x105 N/m2. O 
volume da água varia de 1,0 x 10-3 m3, quando líquida, para 
1,671 m3 em gás. Calcule: a) O trabalho realizado pelo 
sistema; b) A variação da energia interna do sistema. L = 
2260 kJ/kg. 
Moysés – Cap. 8 
Moysés – Cap. 8 
Moysés – Cap. 8 
Brisa do mar: 
•  O ar quente é menos denso e sobe. O ar frio é mais denso e desce. 
 Correntes de convecção são efetivas formas de trocar calor. 
  FLUIDOS : variação da temperatura → variação 
da densidade → movimento do fluido : 
 Correntes de convecção 
  Calor absorvido/liberado por absorção/emissão de 
ondas eletromagnéticas 
  Única forma de transferência de calor no vácuo 
SOL Terra 
Taxa de radiação térmica = Potência térmica 
σ = 5,6703×10-8 W/m-2K-4 : Cte. de Stefan-Boltzmann 
ε : emissividade : 0 → 1 (1 corpo negro) 
T : PRECISA estar em K 
•  Lei de Stefan- 
 Boltzmann: 
Potência térmica irradiada Potência térmica absorvida 
Emissão vs Absorção 
Taxa líquida de troca de energia de um 
corpo em T , num ambiente em Tamb :