Leis da Termodinâmica mecanismos de transferência de calor

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LEIS DA TERMODINÂMICA. 
FUNDAMENTOS DE 
TRANSMISSÃO DE CALOR 
A transferência de energia é sempre do meio de maior temperatura para o 
de menor temperatura, e esse processo cessa quando os dois meios atingem 
a mesma temperatura. 
Estamos interessados no calor, definido como a forma de energia que pode 
ser transferida de um sistema para outro em consequência da diferença de 
temperatura entre eles. 
A ciência da Termodinâmica trata da quantidade de calor transferido quando 
um sistema passa por um processo de estado de equilíbrio para outro, sem 
fazer nenhuma referencia sobre quanto tempo esse processo demora. 
Teoria Calórica 
 
• É uma teoria científica obsoleta que supunha a existência de um fluido invisível e 
inodoro, chamado calórico, que todos os corpos conteriam em quantidades determinadas 
em sua composição, que era denominado como o causador das alterações de temperatura 
até metade do século XIX. 
• Quanto maior fosse a temperatura de um corpo, maior seria a sua quantidade de calórico, 
limitada, para cada corpo, a uma quantidade finita. 
• Os experimentos cuidadosamente realizados pelo inglês James P. Joule e publicados 
em 1843 que finalmente convenceram os céticos de que o calor não era, afinal, uma 
substancia, pondo fim à teoria do calórico. 
• Embora essa teoria tenha sido totalmente abandonada na metade do século XIX, 
contribuiu enormemente para o desenvolvimento da termodinâmica e da transferência 
de calor. 
Aparato de Joule para a medição do 
equivalente mecânico do calor no qual 
o trabalho realizado pelo peso de um 
objeto em queda é convertido em 
calor transferido à água. 
Num calorímetro cheio de água, é inserido um 
conjunto de paletas presas a um eixo. Este é 
colocado em rotação pela queda de um par de 
pesos. 
O atrito das paletas aquece a água, cuja variação de 
temperatura, determinada por um termômetro, 
corresponde a um certo número de calorias. 
O trabalho mecânico equivalente é medido pela 
altura da queda dos pesos. Joule observou que 
podia elevar de 1º F a temperatura da água quando 
utilizada uma massa de 778 libras caindo a uma 
distância de um pé. 
Constatou que eram necessários aproximadamente 
4,1868 J para elevar de 1º C a temperatura de 1 g de 
água. 
Equivalente mecânico do calor. 
Equivalente mecânico do calor. 
CALOR E OUTRAS FORMAS DE ENERGIA 
Existem várias formas de energia, como térmica, mecânica, cinética, potencial, elétrica, 
magnética, química e nuclear, e a soma delas constitui a energia total E (ou e por unidade de 
massa) de um sistema. 
 
As formas de energia relacionadas com a estrutura molecular de um sistema e com o grau de 
atividade molecular são chamadas de energia microscópica. 
 
A soma de todas as formas microscópicas de energia é denominada energia interna U do 
sistema (ou u por unidade de massa). 
A energia interna (U) pode ser entendida como a soma das energias cinética e potencial das 
moléculas. A parte da energia interna associada com a energia cinética das moléculas é 
denominada energia sensível ou calor sensível. A velocidade media e o grau de atividade das 
moléculas são proporcionais à temperatura. 
 
 A energia interna associada com a fase de um sistema é chamada de energia latente ou calor 
latente. 
A energia interna associada às ligações dos átomos na molécula é denominada energia 
química ou de ligação, enquanto a energia interna associada com as ligações dentro do núcleo 
de um átomo é denominada energia nuclear. As energias química e nuclear são absorvidas ou 
liberadas durante reações químicas ou nucleares, respectivamente. 
Na analise de sistemas que envolvem fluxo de fluidos, frequentemente encontramos a 
combinação das propriedades u (energia interna) e P (pressão) v (volume). 
 
Essa combinação é definida como entalpia h, isto é, 
 
 h = u + P v, 
 
Onde, P v representa a energia de escoamento do fluido (trabalho de bombeamento), que é a 
energia necessária para impulsionar um fluido e manter o escoamento. 
A energia interna u 
representa a energia 
microscópica de um 
fluido em repouso, 
enquanto a entalpia h 
representa a energia 
microscópica de um 
fluido em movimento. 
Calor especifico de gás, liquido e sólido 
O calor especifico é definido como a energia 
necessária para aumentar a temperatura em um 
grau de uma unidade de massa de dada substância. 
 
Calor especifico a volume constante cv 
 
Calor específico a pressão constante cp. 
Para gases ideais, esses dois calores específicos estão relacionados por meio de: 
 cp = cv + R. 
O calor específico das substâncias varia 
com a temperatura 
calor específico: é a energia 
necessária para aumentar a 
temperatura em um grau de uma 
unidade de massa 
Os valores de c
v
 e cp de substâncias 
incompressíveis são iguais e representados por c 
Os calores específicos de substâncias 
incompressíveis dependem apenas da 
temperatura. 
Assim, a variação da energia interna de sólidos 
e líquidos pode ser expressa por: 
onde C
ave
 é o calor específico médio calculado no intervalo de 
temperatura considerado. 
Lf=3,34x10
5J/Kg cgelo=2,1x10
3J(kg . k) cágua=4190 J(kg . k) 
=