Resumão Termo
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Resumão Termo

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Termodinâmica
Resumão das aulas

Metodologias de ensino: Aulas expositivas, teórica e
prática. Conceitos, Leis e Aplicações

Avaliação:
1) Listas de exercícios 20% da nota - Período: abril
2) Prova Escrita 50% da nota - Período: Maio
3) Seminários, 30% da nota - Período: Junho

Prof. Rodney Nascimento

Termodinâmica Clássica
Conceitos e definições iniciais

Palavras - chave:

Temperatura,
Calor,
Trabalho,
Sistemas,
Processos
Tecnologia

A termodinâmica:

 Se desenvolveu a partir da necessidade de melhorar o rendimento das
primeiras máquinas a vapor.

 Descreve como os sistemas respondem a mudanças em suas vizinhanças.
Isso pode ser aplicado para uma ampla variedade de tópicos em ciência e
tecnologia, como por exemplo, máquinas, transições de fases, reações
químicas, fenômenos de transporte e buracos negros.

 Os resultados da termodinâmica são essenciais para outros campos da
física e da química, engenharia química, engenharia aeroespacial,
engenharia mecânica, biologia celular, engenharia biomédica, ciências dos
materiais e economia,

Idéias sobre temperatura e calor

• Temperatura – movimento de partículas
(átomos, moléculas) que constituem a matéria

Simulação de agitação térmica em um gás (www.labvirt.futuro.usp.br)

Estrutura da matéria

Nos sólidos:

Efeitos de temperatura nos estados mais íntimos da matéria

Transição de Fases e Mobilidade Atômica

E o que é Calor? • Energia em movimento

Como ele se
manifesta?

Condução do calor

A LEI DA INDUÇÃO DE FARADAY

Convecção do calor

Exemplos de propagação do calor por convecção)

Efeito da convecção do calor nas brisas marítimas

Radiação do calor

É a única forma de propagação de calor que pode ocorre no vácuo!

 http://www.youtube.com/watch?v=NyOvwyM67ek&feature=player_embedded#at=559

Processos

B
B

“Se a carga q for negativa, o sentido da força magnética será contrário
àquele que é observado para a carga positiva”

Escalas Termométricas

Relação entre as escalas termométricas

Resultados de análises térmicas mostrando processos
exotérmicos e endotérmicos (linha vermelha) assim
como a perda de átomos no material em função do
trabalho realizado na mudança de fase (linha azul)

400 600 800 1000 1200 1400
96,5

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

100,5

400 600 800 1000 1200 1400
-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

 T
G

 (%
)

T (K)

Exo

D
TA

 (
V/

m
g)

Tecnologia

Sistema Mecânico Termicamente Ativado

Bombas de vácuo, Sistemas de Tratamentos Térmicos e Evaporadoras

Exercícios propostos

 Duas soluções A e B de mesmos volumes e massas são
colocadas para entrar em ebulição... A sala X indicava uma

temperatura distintas do ambiente...
 O sêmen bovino para inseminação artificial é conservado em

nitrogênio líquido, que, à pressão normal, tem temperatura de
78 K. Qual seria o valor de temperatura nas escalas Celsius e

Fahrenheit?

Dilatação Térmica

Dilatação térmica para materiais com diferentes dimensões

Exercício proposto

 Num dia quente, um caminhão tanque foi
carregado com 10000 galões de combustível
e viajou até uma região,onde seria entregue,

em que a variação de temperatura foi de
aproximadamente 20°C. Sabendo que o valor
do combustível é R$ 2,05 o litro e que cada

galão cabe 5 litros, estime o lucro ou o
prejuízo da fornecedora de combustível em

função desta variação de temperatura

Diversas pesquisas no mundo utilzam conceitos de
física térmica para caracterização experimental

O estado térmico das partículas influenciam
diversos fenômenos físicos!

Formação de supercorrentes elétricas em
supercondutores de acordo com a vibração térmica da
rede

Simulação do modelo de formação dos “Pares
de Cooper”.

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Fabiano/su
percondutores.htm.

E a mais famosa tecnologia:

Atalho para Deutz Engine.lnk

A termodinâmica permite determinar a direção
na qual vários processos irão ocorrer !

Unidades da Termodinâmica

Próxima aula:

 O calor pode ser absorvido por uma substância
sem que esta mude a temperatura? Por quê?

 Discutir o processo pela qual a água congela

Para pensar:

 1ª Lei da Termodinâmica
 1º Debate Científico

Obrigado pela atenção!

Exercícios Propostos

Q = mcΔT

É possível quantificar o calor?????

 Diagrama de Fases é a representação dos estados da
matéria a partir de variantes físicas

 Representação da mudança de fase de uma substância

A matéria se transforma

 Diagrama de Fases Temperatura - pressão Diagrama de Fases tempo - temperatura

Lembrando: PV = nRT

É possível uma substância passar
pelos três estados consecutivos sem

mudar a temperatura?

Sim!

 Construção de diagramas de fases

Rodney Nascimento
rodney@fc.unesp.br

Modelo Cinético Molecular (continuação)

No estado gasoso, quais as propriedades das
partículas durante um processo?

É possível descrever o comportamento de um sistema
a partir da análise do comportamento molecular?

É possível entender a dinâmica das partículoas?

A partir do estado gasoso da matéria:

 Interpretação microscópica de eventos macroscópicos

Liberdade de movimento de suas moléculas

 Idéias Iniciais:

Desenvolvimento da Teoria

 Transformação Isotérmica  Boyle (1627-1691)  pV = cte

 Transformação Isobárica  Gay Lussac (1778-1850)  V/T =
cte

 Informações sobre reações químicas (~ 1811)

 Lei de Avogadro (1776 – 1856)

 Um mol é o número de átomos numa
amostra de 12 g de Carbono

 Em 1 mol existem 6,02.1023
entidades (átomos e/ou moléculas)

Lousa!

“Volumes iguais, de gases diferentes, à mesma temperatura
e pressão, contém o mesmo número de moléculas

existentes”

Características das partículas no estado gasoso

 Formado por muitas partículas de movimentos
constantes e caóticos

 Forças de atração e repulsão são desprezíveis
 Os choques entre as partículas são considerados

elásticos
 Obedecem a equação : PV = nRT

R = constante dos gases = 8,31 J/mol.K

Modelo Molecular

Leis até então obtidas experimentalmente

Relação com o comportamento das partículas?

 Suposições:
Distância média entre as moléculas >> dimensões de uma
molécula

Moléculas do gás  movimentos constantes ao acaso (Mov.
Browniano, )  diferentes valores de velocidade

Aplicação das Leis da Mecânica

Assim, explicamos a pressão

 A pressão que um gás exerce sobre as paredes de um
recipiente que o contém se deve às incessantes e
contínuas colisões das moléculas do gás contra as
paredes do recipiente

 Livre caminho médio é a
distância média da partícula
entre duas colisões sucessivas

n=N/V

Interpretação Cinética da Pressão e Temperatura

Rever as descrições feitas em Lousa!

Problemas em sala

1. Por que a temperatura de ebulição de um líquido aumenta com a
pressão?

2. Os diâmetros moleculares para diferentes espécies de moléculas de
gases podem ser medidos experimentalmente medindo-se as taxas com
que os diferentes gases se difundem uns nos outros. Para o oxigênio
com a = 2,9 x 10-10cm, qual é o livre caminho médio para o oxigênio à
temperatura ambiente e à pressão atmosférica?

3. Dez gramas de O2 são aquecidos de 27°C a 127°C à pressão
atmosférica.
A) Qual a quantidade de calor transmitida para o oxigênio?
B) Que fração desse calor é gasto para aumentar a energia interna do

oxigênio?

Conceitos: definição de estado, livre caminho médio e
velocidade média quadrática da molécula

• Calor transferido para um sistema mantendo o volume
constante

• A energia interna é dada pela energia total de
translação das partículas para um gás monoatômico

Teorema da Equipartição de energia:
cada grau de liberdade corresponde

ao movimento segundo um eixo e
cada eixo contribui com uma energia

1/2kT

Influência da dinâmica
molecular na energia interna

de um sistema

Velocidades moleculares:
Distribuição de velocidades de

Maxwell-Boltzman

Para uma molécula diatômica:

Para uma molécula poliatômica:

 U = 5/2nRT

 U = 3nRT

É possível