pdf termodinamica 111

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MÁQUINAS TÉRMICAS E DE 
FLUXO
TERMODINÂMICA
Professor: Edmilson Martins Junior
CALOR E TEMPERATURA
Calor: é o termo associado à transferência de 
energia térmica de um sistema a outro ou entre 
partes de um mesmo sistema, em virtude da 
diferença de temperaturas entre eles. Designa 
também calor como sendo a quantidade de 
energia térmica transferida em tal processo.
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Energia Térmica: é o estado de agitação das 
partículas. Pode-se também definir com o somatório 
das energias de um sistema, ou ainda a médicas das 
energias de um sistema.
Temperatura: Temperatura é uma grandeza física 
que mensura a energia térmica contida nos corpos ou 
em um sistema.
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Dois corpos com temperaturas diferentes em contato 
trocam calor entre si até haver equilíbrio térmico, do 
mais aquecido passa para o corpo menos aquecido:
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artins Junior
TERMÔMETRO
Termômetros são instrumentos utilizados para 
medir a temperatura de corpos ou sistemas.
A maioria dos termômetros utiliza o fenômeno de 
dilatação dos corpos para medir uma temperatura. 
Neste caso, uma medição de temperatura é feita 
por comparação:
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UNIDADES DE TEMPERATURAS 
COMUMENTE UTILIZADAS
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SISTEMA 
INTERACIONAL
SISTEMA INGLÊS
CONVERSÕES DE UNIDADES DE 
TEMPERATURAS
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CONVERSÃO PELO MÉTODO DE 
INTERPOLAÇÃO
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EXEMPLO 02: Converter 268,5 °F para °C. 
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RESULTADOS
TERMÔMETROS
Definição: É todo instrumento utilizado para medir a 
temperatura de um corpo ou 
Sistema.
 Tipos de termômetros (faixas de temperaturas):
 Líquidos em vidro (ex.: mercúrio)
 Termômetro para o corpo humano
 Termômetro de mínima e máxima
 Termômetro de gás a volume constante
 Termômetro bi-metálico (de ponteiro)
 Termômetro de resistência (melhor precisão)
 Termômetro laser
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CALORIMETRIA
 Calorimetria é a parte da termodinâmica que 
estuda a medida das quantidades de calor que são 
trocadas entre sistemas, colocados em contato, a 
diferentes temperaturas (TROCAS DE CALOR E 
SUAS RELAÇÕES).
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QUANTIDADE DE CALOR
 É aquela capaz de alterar uma temperatura
Ou também é capaz de mudar um estado físico de 
um corpo.
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UNIDADE DE CALOR
Calor é uma forma de energia. Portanto, pode ser 
medida como as demais, como a energia mecânica, 
elétrica, etc.
Em sistemas de refrigeração, as unidades mais 
comumente utilizadas são: 
Cal, Kcal (SI – Sistema Internacional);
CALORIA (cal): É a quantidade de calor necessária para 
elevar de 14,5ºC a 15,5ºC a temperatura de 1 grama de 
água pura sob pressão normal (nível do mar ou 1 atm), e 
vice versa;
Btu (Sistema Britânico);
Btu (BRITISH THERMAL UNIT): É a quantidade de 
calor necessária para aquecer 1 lb (libra-massa = 454 g) 
de água pura, de 58,5ºF a 59,5ºF, sob pressão normal 
(nível do mar ou 1 atm), e vice versa.
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RELAÇÕES ENTRE AS UNIDADES DE 
CALOR
 É muito comum manuais técnicos de refrigeração 
utilizarem variadas unidades de calor;
 As unidade mais comuns de calor são: Joule, BTU 
e Cal. Desta forma, torna-se bastante interessante 
conhecer as relações ou equivalências entre estas 
principais unidades de calor. Na tabela a seguir 
serão demonstradas as principais relações entre 
estas escalas de calor.
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RELAÇÕES ENTRE AS UNIDADES DE 
CALOR
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RELAÇÕES ENTRE AS UNIDADES DE 
CALOR
CAPACIDADE TÉRMICA
 Capacidade Térmica é o quociente entre a 
quantidade de calor (Q) trocada pelo corpo e a 
correspondente variação de sua temperatura (∆t) 
C = Q / ∆t
 Unidades de capacidade térmica: cal / ºC; Kcal / 
ºC; J / ºC; Btu / ºF.
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C  Capacidade Térmica [ Cal/°C ] 
[J/°C]
Q  Quantidade de Calor [Cal] [J]
ΔT  Taxa de Variação da 
temperatura [ °C ] [F]
CAPACIDADE TÉRMICA
 Capacidade Térmica também pode ser calculada 
da seguinte forma:
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Onde:
C  Capacidade Térmica [Cal/°C], 
[kCal/°C], [J/°C].
m Massa do corpo [g] [kg] 
c Calor específico [Cal /g.°C]
[kCal/g.°C]
CALOR ESPECÍFICO
 Calor Específico é a quantidade de calor necessária para fazer a 
temperatura de 1g da substância variar 1ºC;
 Unidades de calor específico: cal / gºC; Kcal / KgºC; J / KgºC; Btu / 
lbºF;
 Os metais têm baixo calor específico: com pequenas quantidades de 
calor variam grandes temperaturas;
 Para os gases, o calor específico varia com a pressão e o volume;
 Cada substância tem o seu calor específico, conforme tabela de 
algumas substâncias na página seguinte:
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CALOR
ESPECÍFICO DE
ALGUMAS
SUBSTÂNCIAS
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CALOR ESPECÍFICO
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RESUMINDO: CAPACIDADE TÉRMICA E
CALOR ESPECÍFICO
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EQUILÍBRIO TÉRMICO ENTE DUAS OU MAIS
SUBSTÂNCIAS
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Ao misturar duas substâncias diferentes, temos:
EXEMPLOS: 
01) Uma massa de um determinado elemento, 
inicialmente a 40 °C, recebeu 100 kCal, atingindo a 
temperatura final de 60 °C. Qual a capacidade 
térmica deste elemento?
02) Determine a capacidade térmica de uma esfera 
de chumbo de massa equivalente 1,2kg.
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EXEMPLOS: 
03) Qual a quantidade de calor sensível terá uma barra 
de aço, de massa 2kg, inicialmente a 25°C (temperatura 
ambiente) após ser aquecida até 80°C?
04) Um cubo feito de alumínio possui aresta de 1 cm. 
Sabendo que a densidade do alumínio é de 2,7 g/cm3 e 
que o calor específico do alumínio é 0,22 cal/g°C, 
determine a capacidade térmica aproximada desse cubo.
05) Uma barra de ferro de 1Kg, inicialmente a 125°c, foi 
posta no interior de um calorimetro ideal, onde se tinha 
1,2 litros de água a 20°c. Qual a temperatura( de 
equilibrio ) final do sistema ? (O calor específico do ferro 
é 0,117 cal/g.C).
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EXEMPLOS: 
05) Uma barra de cobre com massa de 200 g, inicialmente a 
230°C, é colocada dentro de um recipiente que contém 200 
g de água, inicialmente a 20°C. Sabendo que a temperatura 
final do equilíbrio térmico é de 25°C e que o recipiente e a 
água encontram-se na mesma temperatura, determine a 
capacidade térmica do recipiente em cal/°C.
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CALOR SENSÍVEL
 Dessa forma, imagine uma barra de ferro que 
receba ou perca certa quantidade de calor Q. Esse 
calor que a barra ganhou ou perdeu é 
denominado de calor sensível, pois ele provoca 
apenas variação na temperatura do corpo, sem 
que aconteça mudança no seu estado de 
agregação, ou seja, se o corpo é sólido continua 
sólido e o mesmo acontece com os estados líquidos 
e gasosos.
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CALOR SENSÍVEL
 Também chamado de calor específico, o calor 
sensível, determinado pela letra c (minúscula), é 
avaliado da seguinte forma: cal/g. °C. Essa relação 
informa a quantidade de calor que um grama de 
substância deve receber ou ceder para que nela 
aconteça a variação de um grau de temperatura. 
Essa é uma unidade prática, ou seja, a que é mais 
utilizada no dia a dia. Contudo, no Sistema 
Internacional de Unidades (SI) o calor específico 
pode ser dado de duas formas: J/kg. K ou em J/kg. 
°C.
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CALOR LATENTE
 Diferente do calor sensível, quando fornecemos 
energia térmica a uma substância, sua 
temperatura não varia, mas seu estado de 
agregação se modifica, esse é o chamado calor 
latente. Essa é a grandeza física que informa a 
quantidade de energia térmica (calor) que uma 
unidade de massa de uma substância deve perder 
ou receber para que ela mude de estado físico, ou 
seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para 
o gasoso e assim por diante.
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CALOR LATENTE
 Essa é a grandeza física que informa a quantidade de 
energia térmica (calor) que uma unidade de massa de 
uma substância deve perder ou receber para que ela 
mude de estado físico, ou seja, passe do sólido para o 
líquido, do líquido para o gasoso e assim por diante. Professor: E
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CALOR LATENTE
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MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO OU MUDANÇA
DE FASE
A matéria pode apresentar-se em três estados 
físicos: sólido, líquido ou gasoso. 
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MOLÉCULAS
AGRUPADOS, 
BAIXO NÍVEL 
DE ENERGIA
COMEÇA-SE A
DISPERSAR 
MOLÉCULAS
DISPERSAS, ALTAMENTE 
ENERGÉTICAS
Uma mesma substância pode ser encontrada na 
natureza nas três formas, conforme a temperatura 
e / ou pressão em que se ela encontra:
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MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO OU MUDANÇA
DE FASE
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1° LEI DA TERMODINÂMICA
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1° LEI DA TERMODINÂMICA
Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio 
da conservação de energia aplicada à 
termodinâmica, o que torna possível prever o 
comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma 
transformação termodinâmica.
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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 τ e aumentar a energia interna do 
sistema ΔU, ou seja, expressando 
matematicamente: 
Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).
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TRABALHO TERMODINÂMICO
Como foi mencionado anteriormente, a primeira lei
da termodinâmica é o princípio da conservação de
energia aplicado a sistemas termodinâmicos. O
princípio da conservação da energia baseia-se no
fato de que a energia não é criada e nem destruída,
mas sim transformada.
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TRABALHO TERMODINÂMICO
Ao se fornecer calor ao sistema, podemos observar a
ocorrência de duas situações possíveis. Um
aumento de temperatura e uma expansão do gás. O
aumento de temperatura representa o aumento de
energia interna do sistema e a expansão do gás. O
aumento de temperatura representa o aumento de
energia interna do sistema e a expansão do gás
representa a realização de trabalho.
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TRABALHO TERMODINÂMICO
Assim calculamos o trabalho gerado em um cilindro 
de embolo móvel:
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TRABALHO TERMODINÂMICO – EXEMPLO:
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TRABALHO TERMODINÂMICO
Podemos expressar a relação da expansão térmica
do cilindro em função da pressão. Nota-se que o
trabalho realizado é equivalente a área formada
pela taxa de variação do volume em função da
variação da energia interna a uma pressão
constante.
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Tomando como base o comportamento da expansão
térmica de um cilindro, ao receber calor de um
sistema externo, calcule a quantidade de trabalho
realizado através da representação gráfica deste
sistema, em Joules :
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TRABALHO TERMODINÂMICO – EXEMPLO:
EXERCÍCIOS – 5 PONTOS
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