Termodinâmica: Estudo do Calor e suas Propriedades

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FÍSICA EXPERIMENTAL II
Termodinâmica
 
Nícolas da Silva Oliveira – matr.: 201403166511
Ludimylla Dias da Silva Netto de Souza – matr: 201408062593
Katheleen Chaves Claudio Rodrigues – matr: 201101469242
Deyveson Oliveira – matr: 201601437625
CCE0848-3014
Terça – 17:10
Prof.: Cipriano
Cabo Frio
09/05/2017
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1. TÍTULO: Termodinâmica.
2. OBJETIVO:
 Estudar o calor (energia térmica em transição) e suas propriedades
 Estudar a taxa de calor (potência térmica) de uma fonte térmica.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:
A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre o calor trocado,
representado pela letra Q, e o trabalho realizado, representado pela letra τ, num
determinado processo físico que envolve a presença de um corpo e/ou sistema e o meio
exterior. É através das variações de temperatura, pressão e volume, que a física busca
compreender o comportamento e as transformações que ocorrem na natureza.
Calor é energia térmica em trânsito, que ocorre em razão das diferenças de temperatura
existentes entre os corpos ou sistemas envolvidos.
Energia é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho.
A termodinâmica tem como principais pontos o estudo de duas leis, que são:
- Lei zero da Termodinâmica: O equilíbrio térmico entre corpos materiais só é
atingido quando os mesmos se encontram na mesma temperatura. Dessa definição pode
ser concluída a Lei Zero da Termodinâmica:
Se três sistemas apresentam-se isolados de qualquer outro universo externo, e, dois
sistemas consecutivos estiverem em equilíbrio térmico com o terceiro, então os dois
sistemas consecutivos estarão em equilíbrio térmico entre si.
Para que seja perfeitamente compreendido o conceito da Lei Zero da Termodinâmica,
devem ser esclarecidas as definições de: sistemas termodinâmicos (abertos, fechados e
isolados), sistema limitado e vizinhança.
Um sistema termodinâmico encontra-se aberto quando consegue trocar matéria (massa)
e energia (calor e trabalho) com o meio; encontra-se fechado quando apenas pode trocar
energia, uma vez que o trânsito de matéria é impedido por alguma obstrução; e, por fim,
um sistema Termodinâmico é isolado (adiabático) quando não troca matéria e nem
energia com o meio.
- Primeira Lei da Termodinâmica: essa lei diz que a variação da energia interna de um
sistema pode ser expressa através da diferença entre o calor trocado com o meio externo
e o trabalho realizado por ele durante uma determinada transformação.
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As transformações que são estudadas na primeira lei da termodinâmica são:
Transformação isobárica: ocorre à pressão constante, podendo variar somente o
volume e a temperatura;
Transformação isotérmica: ocorre à temperatura constante, variando somente as
grandezas de pressão e volume;
Transformação isocórica ou isovolumétrica: ocorre à volume constante, variando
somente as grandezas de pressão e temperatura;
Transformação adiabática: é a transformação gasosa na qual o gás não troca calor
com o meio externo, seja porque ele está termicamente isolado ou porque o
processo ocorre de forma tão rápida que o calor trocado é desprezível.
Analisando o princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica:
Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la
ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente,
então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho e
aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:
Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).
Conhecendo esta lei, podemos observar seu comportamento para cada uma das
grandezas apresentadas:
Calor Trabalho Energia Interna Q/ /ΔU
Recebe Realiza Aumenta >0
Cede Recebe Diminui <0
não troca não realiza e nem recebe não varia =0
- Segunda Lei da Termodinâmica: enunciada pelo físico francês Sadi Carnot, essa lei
faz restrições para as transformações realizadas pelas máquinas térmicas como, por
exemplo, o motor de uma geladeira. Seu enunciado, segundo Carnot, diz que:
Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve realizar ciclos
entre uma fonte quente e fria, isso de forma contínua. A cada ciclo é retirada uma
quantidade de calor da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho e a
quantidade de calor restante é rejeitada para a fonte fria.
Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na
construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento
das máquinas térmicas.
Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica,
os enunciados de Clausiuse Kelvin-Planck:. 
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 Enunciado de Clausius:
O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para
um outro corpo de temperatura mais alta.
Tendo como consequência que o sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais
alta para a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que um agente
externo realize um trabalho sobre este sistema.
 Enunciado de Kelvin-Planck:
É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico,
converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.
Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um
rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor
que não se transforma em trabalho efetivo.
 
- Terceira Lei da Termodinâmica: A chamada terceira lei da termodinâmica foi 
desenvolvida por Nernst entre 1906-12, e seu enunciado diz que, quando um sistema se 
aproxima da temperatura do zero absoluto, cessam todos os processos, e a entropia 
assume um valor mínimo. Ou, em outras palavras, a entropia de uma substância pura se 
aproxima de zero quando a temperatura se aproxima do zero absoluto e é zero na 
temperatura de zero absoluto .
Nernst concluiu também que é impossível atingir o zero absoluto através de um 
número finito de passos. Isto significa que não existe a temperatura de zero absoluto no 
universo em que vivemos. Grande avanço tecnológico tem sido feito nas últimas 
décadas para se obterem temperaturas muito próximas do zero absoluto.
4. METODOLOGIA:
4.1. MATERIAL UTILIZADO:
 
 01 Calorímetro;
 800 ml de água;
 01 Becker graduado em mm;
 01 fonte térmica (aquecedor térmico por imersão);
 01 Cronômetro digital;
 Termômetro (em ºC);
 Luva de proteção.
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 4.2. PROCEDIMENTOS:
Com o Becker, meçamos 800ml de água e depositamos em um recipiente
térmico. Meçamos a temperatura da água, em seguida mergulhamos a fonte
térmica na água e simultaneamente ao ligá-la, disparamos o cronômetro.
A cada variação de 5ºC, anotamos o referido tempo (s) até a água atingir a
temperatura de 80ºC.
4.3. TABELA:
TEMPO TEMPERATURA (ºC)
t = 0’0” T1 = 24°C
t = 0’56” T2 = 29°C
t = 1’31” T3 = 34°C
t = 1’54” T4 = 39°C
t = 2’30” T5 = 44°C
t = 2’44” T6 = 49°C
t = 2’50” T7 = 54°C
t = 2’57” T8 = 59°C
t = 3’20” T9 = 64°C
t = 4’10” T10 = 69°C
t = 4’22” T11 = 74°C
t = 4’32” T12 = 80°C
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4.4. GRÁFICO:
0 0´56´´ 1´31´´ 1´54´´ 2´30´´ 2´44´´ 2´50´´ 2´57´´ 3´20´´ 4´10´´ 4´22´´ 4´32´´
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
T(ºC) versus t(s)
t(s)
T(
ºC
)
1. Calculando a taxa de transmissão de calor:
Pot = Δ Q = m x c x (Tf - Ti)
 Δ t Δ t 
Pot = 800 x 1 x (80 - 24) 
 (272-56)
Pot = 800 x 56
 216
Pot = 207,407 cal/g°C
1cal = 4,18J
Então: Potência = 207,407 x 4,18
Potência = 866,961J
Potência = 867J6
5. CONCLUSÃO:
Com o auxílio dos equipamentos, o grupo pôde calcular a taxa de transmissão de calor
que acontece sempre no sentido da maior temperatura para a menor durante um
intervalo de tempo.
Notamos algumas diferenças nas variações da temperatura em função do tempo, no qual
em determinados intervalos a temperatura aumentava mais rápido do que em outros,
isso por erro humano, seja na observação do cronômetro, observação da temperatura no
termômetro, e até mesmo movimentos que induzimos ao termômetro na dinâmica do
experimento.
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6. BIBLIOGRAFIA:
Termodinâmica Brasil Escola. Disponível em: <:
http://brasilescola.uol.com.br/fisica/termodinamica.htm>. Acesso em 13 de maio de
2017 às 09:17 AM.
Leis da Termodinâmica Só Física. Disponível em:
<:http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/1leidatermodinami
ca.php>. Acesso em 13 de maio de 2017 às 09:20 AM.
Termodinâmica Info Escola. Disponível em: <:http://www.infoescola.com/fisica/lei-
zero-da-termodinamica/>. Acesso em 13 de maio de 2017 às 09:30 AM.
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