Propagação do calor e diagramas de fase

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Propagação do calor e diagramas de fase
módulo 26
⇢ Calor é energia térmica em trânsito;
⇢ Todo corpo, ao ser aquecido, ganha energia térmica, e todos corpo que se resfria perde energia térmica;
⇢ Para que exista calor, os corpos devem possuir temperaturas diferentes no processo de transmissão;
⇢ O equilíbrio térmico é atingido quando os corpos estão com a mesma temperatura.
⇢ O fluxo de calor é a quantidade de calor propagada durante um intervalo de tempo.
⇢ O fluxo de calor também pode ser chamado de potência térmica.
ⲫ = fluxo de calor (J/s = W)
Q = quantidade de calor (J)
Δt = variação do tempo (s)
Propagação de calor
Condução térmica
⇢ A energia térmica é transmitida de uma molécula para a outra, de acordo com suas vibrações (temperatura)
ⲫ = fluxo de calor (J/s)
k = coeficiente de condutibilidade 
térmica (J/ s.m.K)
θ2 = temperatura final (K)
θ1 = temperatura inicial (K)
e = espessura (m)
A = área (m2)
Convecção térmica
⇢ Movimentação da massa fluida, gasosa ou líquida, devido à diferença de densidade.
⇢ O ar frio é mais denso que o ar quente.
Irradiação
⇢ Transferência de calor por ondas eletromagnéticas, preferencialmente da radiação infravermelha.
⇢ Pode ocorrer tanto no vácuo quanto em meios materiais.
⇢ Todos os corpos emitem naturalmente ondas de calor. Quanto mais quente, mais radiação ele emite.
Fases comuns da matéria
⇢ Fase sólida: 
altamente organizada; 
moléculas próximas e com forte interação;
possibilidade de formação de estruturas cristalinas;
forma e volume bem definidos; 
resistência à compressão.
⇢ Fase líquida
moléculas mais afastadas, se comparado com o estado sólido;
não formam estruturas cristalinas;
maior movimentação nas moléculas;
ocupam a forma do recipiente que os contém.
⇢ Fase gasosa: devido ao alto grau de desorganização, a distância entre as moléculas é muito grande, e a interação é praticamente desprezível.
Fases exóticas da matéria
⇢ Plasma:
quarto estado da matéria;
gases ionizados a altíssimas temperaturas;
99% da matéria do universo está em estado de plasma.
⇢ Condensado de Bose-Einstein
quinto estado da matéria;
nível de energia menor que o do estado sólido;
a matéria é resfriada até temperaturas próximas do zero absoluto.
Mudança de fase
⇢ Fusão: passagem do estado sólido para o estado líquido pelo aquecimento em pressão constante.
⇢ Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso. Pode acontecer de três formas:
evaporação: lenta e em qualquer temperatura;
ebulição: aumento da temperatura até o ponto de ebulição;
calefação: contato com uma superfície em temperatura superior à temperatura de ebulição.
⇢ Condensação (liquefação): passagem do estado gasoso para o estado líquido.
⇢ Solidificação: passagem do estado líquido para o estado sólido.
⇢ Sublimação: passagem do estado sólido direto para o estado gasoso ou do estado gasoso direto para o sólido.
Leis gerais da mudança de fase
⇢ 1a lei:
“À pressão constante, toda substância pura sofre mudança de fase a uma temperatura também constante.”
⇢ 2a lei: 
“Se a pressão varia, as temperaturas de mudança de estado também variam.”
Diagrama de fases
⇢ T: ponto triplo. Ponto onde a mistura está em três estados e em equilíbrio.
Livro 7, página 333
01. Unicamp-SP Drones vêm sendo utilizados por empresas americanas para monitorar o ambiente subaquático. Esses drones podem substituir mergulhadores, sendo capazes de realizar mergulhos de até cinquenta metros de profundidade e operar por até duas horas e meia. Leve em conta os dados mostrados no gráfico seguinte, referentes à temperatura da água (T) em função da profundidade (d).
Considere um volume cilíndrico de água cuja base tem área A = 2 m2, a face superior está na superfície a uma temperatura constante TA, e a face inferior está a uma profundidade d a uma temperatura constante TB, como mostra a figura a seguir. Na situação estacionária, nas proximidades da superfície, a temperatura da água decai linearmente em função de d, de forma que a taxa de transferência de calor por unidade de tempo (Φ) por condução da face superior para a face inferior é aproximadamente constante e dada por 
em que k = 0,6 W/m . °C. Assim, TA - TB / d é constante para todos os pontos da região de queda linear da temperatura da água, mostrados no gráfico apresentado.
Utilizando as temperaturas da água na superfície e na profundidade d do gráfico e a fórmula fornecida, conclui-se que, na região de queda linear da temperatura da água em função de d, Φ é igual a Dados: se necessário, use aceleração da gravidade g =10 m/s2 ; aproxime π = 3,0 e 1 atm = 105 Pa. 
a. 0,03 W 
b. 0,05 W 
c. 0,40 W 
d. 1,20 W
02. UEA-AM A figura representa parte do 
diagrama de fases da água. Com base 
nas informações da figura, pode-se afirmar 
que, acima do nível do mar, 
a. a água pode estar líquida em temperaturas
negativas. 
b. a água entra em ebulição em temperaturas maiores do que 100 °C. 
c. a água congela em temperaturas abaixo de zero. 
d. a água vaporiza em temperaturas abaixo de 100 °C. 
e. o gelo funde a 0 °C e a água vaporiza a 100 °C.
03. Enem O objetivo de recipientes isolantes térmicos é minimizar as trocas de calor com o ambiente externo. Essa troca de calor é proporcional à condutividade térmica k e à área interna das faces do recipiente, bem como à diferença de temperatura entre o ambiente externo e o interior do recipiente, além de ser inversamente proporcional à espessura das faces. A fim de avaliar a qualidade de dois recipientes, A (40 cm × 40 cm × 40 cm) e B (60 cm × 40 cm × 40 cm), de faces de mesma espessura, uma estudante compara suas condutividades térmicas, kA e kB. Para isso, suspende, dentro de cada recipiente, blocos idênticos de gelo a 0 °C, de modo que suas superfícies estejam em contato apenas com o ar. Após um intervalo de tempo, ela abre os recipientes enquanto ambos ainda contêm um pouco de gelo e verifica que a massa de gelo que se fundiu no recipiente B foi o dobro da que se fundiu no recipiente A. A razão kA/kB é mais próxima de 
a. 0,50 b. 0,67 c. 0,75 d. 1,33 e. 2,00