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:

\uf0d8Temperatura,
\uf0d8Calor,
\uf0d8Trabalho,
\uf0d8Sistemas,
\uf0d8Processos
\uf0d8Tecnologia

A termodinâmica:

\uf0d8 Se desenvolveu a partir da necessidade de melhorar o rendimento das
primeiras máquinas a vapor.

\uf0d8 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.

\uf0d8 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

\u2022 Temperatura \u2013 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? \u2022 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!

\uf0d8 http://www.youtube.com/watch?v=NyOvwyM67ek&feature=player_embedded#at=559

Processos

B
B

\u201cSe a carga q for negativa, o sentido da força magnética será contrário
àquele que é observado para a carga positiva\u201d

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

 (\uf06d
V/

m
g)

Tecnologia

Sistema Mecânico Termicamente Ativado

Bombas de vácuo, Sistemas de Tratamentos Térmicos e Evaporadoras

Exercícios propostos

\uf0d8 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...
\uf0d8 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

\uf0d8 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 \u201cPares
de Cooper\u201d.

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:

\uf06e O calor pode ser absorvido por uma substância
sem que esta mude a temperatura? Por quê?

\uf06e Discutir o processo pela qual a água congela

Para pensar:

\uf06e 1ª Lei da Termodinâmica
\uf06e 1º Debate Científico

Obrigado pela atenção!

Exercícios Propostos

Q = mc\u394T

É possível quantificar o calor?????

\uf06e Diagrama de Fases é a representação dos estados da
matéria a partir de variantes físicas

\uf0d8 Representação da mudança de fase de uma substância

A matéria se transforma

\uf0d8 Diagrama de Fases Temperatura - pressão\uf0d8 Diagrama de Fases tempo - temperatura

Lembrando: PV = nRT

É possível uma substância passar
pelos três estados consecutivos sem

mudar a temperatura?

Sim!

\uf0d8 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:

\uf0de Interpretação microscópica de eventos macroscópicos

Liberdade de movimento de suas moléculas

\uf0de Idéias Iniciais:

Desenvolvimento da Teoria

\uf06e Transformação Isotérmica \uf0de Boyle (1627-1691) \uf0de pV = cte

\uf06e Transformação Isobárica \uf0de Gay Lussac (1778-1850) \uf0de V/T =
cte

\uf06e Informações sobre reações químicas (~ 1811)

\uf06e Lei de Avogadro (1776 \u2013 1856)

\uf0d8 Um mol é o número de átomos numa
amostra de 12 g de Carbono

\uf0d8 Em 1 mol existem 6,02.1023
entidades (átomos e/ou moléculas)

Lousa!

\u201cVolumes iguais, de gases diferentes, à mesma temperatura
e pressão, contém o mesmo número de moléculas

existentes\u201d

Características das partículas no estado gasoso

\uf0d8 Formado por muitas partículas de movimentos
constantes e caóticos

\uf0d8 Forças de atração e repulsão são desprezíveis
\uf0d8 Os choques entre as partículas são considerados

elásticos
\uf0d8 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?

\uf0de Suposições:
Distância média entre as moléculas >> dimensões de uma
molécula

Moléculas do gás \uf0de movimentos constantes ao acaso (Mov.
Browniano, ) \uf0de diferentes valores de velocidade

Aplicação das Leis da Mecânica

Assim, explicamos a pressão

\uf0d8 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

\uf0d8 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

\u2022 Calor transferido para um sistema mantendo o volume
constante

\u2022 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:

\uf0d8 U = 5/2nRT

\uf0d8 U = 3nRT

É possível