Termodinâmica: Estudo dos Fenômenos Térmicos

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Prof: Marcelo Martins 
Física Teórica e Experimental II
Termodinâmica
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Estuda os fenômenos térmicos, isto é, os fenômenos relacionados com energias térmicas e sua manifestações. 
T
E
R
M
O
D
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N
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M
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C
A
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Noção de Temperatura
Sensações térmicas: Quente e Frio
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Dois corpos só estão em equilíbrio térmico se e somente se eles possuem a mesma temperatura
Equilíbrio térmico
Lei zero da Termodinâmica
Se os sistemas A e B estão em equilíbrio térmico com sistema C, então...
...os sistemas A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
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Temperatura é uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.
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Termômetros
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CONVERSÃO ENTRE AS ESCALAS
VARIAÇÃO DE TEMPERATURA ENTRE AS ESCALAS
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Escala Celsius (°C)
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Exercício 1
você coloca uma garrafa de refrigerante na geladeira e a deixa lá até que a temperatura tenha baixado 10K. Qual é a variação de temperatura
em graus Fahrenheit
em graus Celsius?
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Exercício 2
Você está doente e verifica que sua temperatura é de 40,2°C.
a) Qual é sua temperatura em °F? Você deve ficar preocupado?
b) a página de um jornal afirma que a temperatura durante a parte da manhã deve ficar em torno de 12°C. Qual é esta temperatura em graus Fahrenheit?
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Um corpo sólido quando aquecido ou resfriado sofre alterações em suas dimensões devido sua agitação térmica 
DILATAÇÃO LINEAR
DILATAÇÃO SUPERFICIAL
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
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DILATAÇÃO LINEAR
L=Lo.α.T
DILATAÇÃO SUPERFICIAL
A=Ao.β.T
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
 V=Vo..T
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5) Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (αAl = 24 x 10-6 ºC -1) e uma haste de aço (αAço = 12 x 10-6 ºC-1), todas inicialmente à mesma temperatura. O sistema é, então, submetido a um processo de aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.
Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento. A figura formada pelas hastes estará mais próxima de um:
a) quadrado
b) Retângulo
c) Losango
d) Trapézio retângulo
e) Trapézios isósceles 
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6) Duas lâminas metálicas, a primeira de latão e a segunda de aço, de mesmo comprimento à temperatura ambiente, são soldadas rigidamente uma à outra, formando uma lâmina bimetálica, conforme a figura a seguir.
O coeficiente de dilatação térmica linear do latão é maior que o do aço. A lâmina bimetálica é aquecida a uma temperatura acima da ambiente e depois resfriada até uma temperatura abaixo da ambiente. A figura que melhor representa as formas assumidas pela lâmina bimetálica, quando aquecida (forma à esquerda) e quando resfriada (forma à direita), é
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7) O coeficiente de dilatação térmica do alumínio é, aproximadamente, o dobro do coeficiente de dilatação térmica do aço. A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses metais envolve um disco feito do outro metal. À temperatura do ambiente, os discos são presos aos anéis. Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar:
a) apenas o disco de aço se soltará do anel de alumínio.
b) apenas o disco de alumínio se soltará do anel de aço.
c) os discos se soltarão dos respectivos anéis.
d) os discos permanecerão presos sem soltar por maior que seja o aumento de temperatura.
e) os metais entrarão em fusão antes de se soltarem.
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COMPORTAMENTO ANÔMALO DA AGUA
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Quantidade de calor sensível - calor trocado (ganho ou perda) que acarreta mudança na temperatura do corpo, sem mudar o estado agregação de suas moléculas. 
Quantidade de calor latente - calor trocado (ganho ou perda) por um corpo acarretando mudança no estado de agregação das moléculas do corpo.
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m: Massa
c: Calor específico
∆T: Variação de temperatura
Unidades fundamentais do calor
SI: J (joule)
Outros: erg, cal, eV, (1 cal = 4,18 J)
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Calor específico (c=Q/m.T)
Unidades SI: J/kgK; Usual: cal/g°C) 
Lfusão água = 80 cal/g = - LSolid
Lvapor água = 540 cal/g= - Lcond
Calor Latente (L=Q/m) 
(Unidades SI: J/kg; Usual: cal/g) 
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Mudança de estado físico 
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Curva de aquecimento
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Exercício
13) quando passamos álcool na pele, sentimos que ela esfria naquele local. Isso se deve ao fato de o álcool:
A) ser normalmente mais frio que a pele.
B) ser normalmente mais frio que o ar.
C) absorver calor da pele para evaporar-se.
D) ser isolante térmico.
E) ter baixa densidade.
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Exercício
15) Dois corpos diferentes entram em contato. Até que se estabeleça o equilíbrio térmico entre eles, o calor passa:
A) do corpo de maior capacidade térmica para o corpo de menor capacidade térmica.
B) do corpo sólido para o corpo líquido.
C) do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
D) do corpo de menor calor específico para o corpo de maior calor específico.
E) do corpo de maior massa para o corpo de menor massa.
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Exercício
14) Dois ou mais corpos, ao atingirem o equilíbrio térmico entre si, apresentam:
a) a mesma energia térmica;
b) a mesma capacidade térmica;
c) a mesma quantidade de calor;
d) o mesmo calor especifico;
e) a mesma temperatura.
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Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, em um sistema termicamente isolado, até atingir o equilíbrio térmico, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas é nula.
Princípio geral das trocas de calor
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Condução térmica: A energia se propaga através de choques entre moléculas mais velozes e mais lentas, sem que haja deslocamento de matéria. A condução ocorre de partícula para partícula.
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Lei de Fourier – fluxo estacionário
Potência Térmica ou fluxo de calor ( )
1 2
A1 = A2
L1 = L2
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O valor de k é elevado para bons condutores de calor e baixo para os chamados isolantes térmicos. 
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19) Porque sentimos que um piso de ladrilho é mais frio do que um de madeira, apesar de ambos estarem à temperatura ambiente? 
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Convecção térmica
A diferença de temperatura na massa fluida produz pontos de diferentes densidades ocasionado as correntes de convecção
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Convecção térmica
Brisas litorâneas
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Radiação térmica
A radiação transfere calor de um ponto para outro através da radiação eletromagnética, que, como a luz visível, propaga-se mesmo através do vácuo. A radiação térmica é emitida por um corpo aquecido, e, ao ser absorvida por outro corpo, pode aquecê-lo, convertendo-se em calor
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Radiação térmica
Efeito estufa
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A variação da energia interna U é, portanto, o resultado de um balanço energético entre o calor e o trabalho envolvido no processo.
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Trabalho na Termodinâmica
Pressão constante 
Pressão variável 
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Variação da energia Interna (U) 
No aquecimento T > 0  U > 0
No resfriamento T < 0  U < 0
T = 0  U = 0
Energia interna (U) : É a soma das energias de agitação de todas as moléculas do gás perfeito, e é representada por:
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A Primera lei da Termodinâmica nas Transformações Gasosas
1) TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA 
(P = CONSTANTE)
2) TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA 
(V = CONSTANTE)
3) TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA 
(T = CONSTANTE) 
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A Primera lei da Termodinâmica nas Transformações Gasosas
4) TRANSFORMAÇÃOADIABÁTICA
	A transformação adiabática é aquela que se processa sem que ocorra trocas de calor com meio externo 
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1) (Marcelo) O diagrama de Clapeyron mostrado a seguir representa alguns estados de um gás ideal. 
Com base no gráfico podemos afirmar que:
a) o trabalho realizado em 1 é maior.
b) o trabalho realizado em 2 é maior.
c) o trabalho realizado em 3 é maior.
d) a quantidade de calor trocado no sistema é maior em 2.
e) a quantidade de calor trocado no sistema é maior em 3. 
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- Tem um caráter estatístico e obedece um sentido preferencial de ocorrência dos processos naturais.
- Obedece, dentre duas transformações possíveis, qual delas tem a maior probabilidade de ocorrer. 
De acordo com Clausius: 
“O Calor não flui espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente”.
De acordo com Thomson, Kelvin Planck:
“É impossível construir uma máquina térmica, que opere num ciclo num ciclo termodinâmico, cujo único efeito seja a retirada de calor de uma fonte quente e sua integral conversão em trabalho mecânico”. 
Segunda Lei da Termodinâmica
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É todo dispositivo que converte continuamente calor em trabalho útil utilizando um fluido, dito fluido de trabalho, que realiza ciclos de sentido horário entre duas temperaturas que permanecem constantes. 
Máquinas térmicas
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É um dispositivo que utiliza um fluido de trabalho o qual realiza um ciclo de sentido anti-horário, retirando calor Q2 de uma fonte fria e cedendo calor Q1 a uma fonte quente. Obviamente essa passagem de calor de uma fonte que para uma fonte quente não é espontânea, visto que se realiza à custa de trabalho externo.
A eficiência () de uma máquina frigorífica 
Q2: Quantidade de calor retirada da fonte fria 
W: trabalho externo necessário para haja uma transferência de calor