Unidade 6 Leis da termodinâmica voltada a fenômenos

Prévia do material em texto

16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 1/26
LEIS DA TERMODINÂMICA
VOLTADA A FENÔMENOS
APRESENTAÇÃO
Olá!
A termodinâmica está presente em muito fenômenos naturais. Basicamente, ela trata de
tópicos que envolvem transformações de energia. Embora tenha surgido com o intuito de
estudar e aprimorar as máquinas termodinâmicas, como os motores, que transformam
energia térmica em trabalho, hoje em dia sua abrangência é bem maior. Dentre esses
tópicos, temos mudanças de fase, células voltaicas e metabolismo, no qual se estudam as
transformações da energia química dos alimentos que ingerimos a fim de fornecer energia
para o nosso corpo funcionar.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai compreender a diferença entre temperatura e
calor, além de estudar sobre transferência de calor e sobre as leis da termodinâmica e como
elas se aplicam a fenômenos termodinâmicos.
Bons estudos.
Ao �nal desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Interpretar os conceitos de temperatura e calor em fenômenos �sicos.
Analisar os fenômenos de transferência de calor e suas consequências.

16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 2/26
Aplicar as leis da termodinâmica a processos termodinâmicos.
DESAFIO
Aqui você vai aprender que, para a existência e evolução de nossa civilização, foi essencial
estudar e entender as máquinas termodinâmicas. Esse conhecimento permi�u o
desenvolvimento de motores, nos quais calor é u�lizado para gerar trabalho, como o que
ocorre nas locomo�vas. Não obstante, os refrigeradores também fazem parte dessa
temá�ca. Eles permitem o armazenamento de alimentos por mais tempo do que em
temperatura ambiente, por exemplo.
A seguir, analise as informações e responda ao Desafio.
Com base no que foi apresentado, suponha que você esteja planejando a montagem de um
congelador. Esse congelador será isolado com chapas de isopor e terá as seguintes
dimensões: largura de 1,5 m, altura de 1,0 m e profundidade de 0,5 m. Então, responda às
seguintes questões:
a) Qual o valor da área total do congelador?

http://lrq.sagah.com.br/uasdinamicas/uploads/layouts/168885020_1554830860fc70ba784b2d21d05df3d5a371a547a9517ade67.jpg
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 3/26
b) Qual a taxa de transferência de calor pelo isopor, supondo que a temperatura externa
seja de 25oC?
c) Se as placas �verem espessura de 5cm e a condu�vidade térmica do isopor for de 0,035
W/mK, para manter a temperatura interna de -20oC, a que taxa o compressor deve
remover o calor?
INFOGRÁFICO
É importante que você saiba que as máquinas térmicas funcionam de acordo com a
segunda lei da termodinâmica, ou seja, não existem máquinas perfeitas. Entretanto, é
possível quan�ficar o seu rendimento.
No Infográfico a seguir, você verá como as máquinas funcionam.

16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 4/26
http://lrq.sagah.com.br/uasdinamicas/uploads/layouts/332689130_155483086054c6b4ac6f7b74a860fb5af47ad9eea364897a1f.jpg
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 5/26
http://lrq.sagah.com.br/uasdinamicas/uploads/layouts/332689130_155483086054c6b4ac6f7b74a860fb5af47ad9eea364897a1f.jpg
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 6/26
CONTEÚDO DO LIVRO
A termodinâmica é essencial para entendermos muitos fenômenos, desde nosso
metabolismo até transições de fases e máquinas térmicas.
No capítulo Leis da termodinâmica voltada a fenômenos, que faz parte da obra
Fundamentos de �sica e matemá�ca, você vai entender os principais conceitos da
termodinâmica e aprender como interpretá-los e aplicá-los a diversos casos.

16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 7/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 8/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 9/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 10/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 11/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 12/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 13/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 14/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 15/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 16/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 17/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 18/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 19/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 20/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 21/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 22/26
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 23/26
DICA DO PROFESSOR
Você verá que a primeira lei da termodinâmica explica a relação entre a variação da
energia interna em um processo termodinâmico com trabalho e calor. Essa variação
também está in�mamente relacionada com a temperatura.
Veja mais sobre esse assunto na Dica no Professor.
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
 
EXERCÍCIOS
1) O valor nutricional de um doce, como indicado na embalagem, é 200 kcal. A energia que
esse doce fornecerá ao nosso corpo após ser digerido seria capaz de manter uma lâmpada
de 100 W acesa por quantas horas? Use 1 cal = 4,19 J e 1 J = 1 Ws.
a) 0,34 h.
b) 1,23 h.
c) 2,00 h.
d) 2,33 h.
e) 5,12 h.
2) Uma janela de vidro, durante a tarde, teve sua temperatura elevadaem 5,0oC. Quanto
calor ela recebeu para tal? Use cvidro =840 J/kg K e massa m=1,5 kg.
a) 6,3 kJ.


16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 24/26
b) 30,0 kJ.
c) 120,0 kJ.
d) 203,5 kJ.
e) 350,5 kJ.
3) Suponha um bloco de gelo de massa m=0,5 kg e temperatura aproximada de 0oC. Se
aplicarmos 100 kJ de calor a esse bloco, qual será a massa de água resultante? Considere
que o calor de fusão do gelo é Lf=333 kJ/kg.
a) 500,0 g.
b) 400,5 g.
c) 300,3 g
d) 200,0 g.
e) 120,0 g.
4) Suponha que temos 0,5 kg de água líquida a 100oC conver�da a vapor por ebulição à
pressão atmosférica. Se o seu volume mudar de 1,0 10-3 m3 para 1,8 m3 no final do
processo, qual será a mudança na energia interna do sistema durante o processo de
ebulição? Considere W=p(Vf-Vi) e calor de vaporização Lv=2.260 kJ/kg.
a) 900 kJ.
b) 948 kJ.
c) 1.030 kJ.
d) 2.000 kJ.
e) 2.345 kJ.
16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 25/26
5) Se um bloco de gelo derretesse de maneira reversível, qual seria a variação de entropia?
Considere m=100 g, T=0oC e calor de fusão Lf=333 kJ/kg.
a) 122 J/K.
b) 222 J/K.
c) 312 J/K.
d) 333 J/K.
e) 420 J/K.
NA PRÁTICA
Calor é a energia térmica transferida entre sistemas, ou objetos, devido à diferença de
temperatura entre eles. A capacidade calorífica de cada material depende de sua massa e de
seu calor específico. 
O calor específico da água, por exemplo, se refere ao calor necessário para aquecer 1g de
água em 1oC.
Veja no anexo a seguir um teste realizado com o calorímetro.
 
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do
professor:
Termodinâmica: conceitos básicos 
Você quer con�nuar estudando termodinâmica? Então acesse a aula do professor Dr. Gil da
Costa Marques, na qual ele explica alguns conceitos. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!


16/11/2020 https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442
https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/sagah_ua_dinamica/impressao_ua/25893442 26/26
 
Segunda lei da termodinâmica e entropia 
Para saber mais sobre por que a entropia do universo só aumenta, assista ao vídeo a seguir. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
 
Dissipação termodinâmica: uma proposta da �sica para a origem da vida 
Leia este ar�go e saiba como a termodinâmica se conecta com a biologia, pois este texto
aborda a relação entre a dissipação termodinâmica e a origem da vida. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
 
1ª lei da termodinâmica 
 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!