Estuda os fenômenos relativos ao aquecimento, resfriamento ou às mudanças de estado físico em corpos que recebem ou cedem energia térmica
Temperatura
Caracteriza o estado térmico do sistema
Número associado a um determinado estado de agitação ou movimentação das partículas de um corpo, umas em relação às outras
Energia térmica
Escalas
Celsius - 100ºC: Ponto do vapor; 0ºC: Ponto do gelo
1,8 θc = ΔθF
Fahrenheit - 100ºF: T. do corpo humano; 0ºF: Mis. Gelo e cloreto
Kelvin - 373K: Ponto do vapor; 0K: Zero Absoluto
T(K) = θc + 273 (Rigorosamente é 273,15)
Em um corpo, é o somatório das energias de agitação das suas partículas e depende da temperatura do corpo e do número de partículas nele existentes
Calor
É energia térmica quando e apenas enquanto está em trânsito
Sua unidade no S.I. é o Joule(J).
J = 4,2 Q(caloria)
Sensível
Latente
Propagação
Convecção
(Só ocorre
nos fluídos)
Radiciação
Condução
É a energia(cinética) que provoca a agitação das partículas de um corpo mais a energia(potencial) de agregação, que estabelece o estado físico desse corpo
Capacidade Térmica
(depende da substância)
Calor específico
(depende da substância)
Sistema físico
termicamente isolado
Termodinâmica
Fluxo de Calor(Φ)
Processo de propagação de calor no qual a energia térmica passa de partícula para partícula de um meio.
As partículas permanecem em suas posições de equilíbrio
Processo de propagação de calor no qual a energia térmica muda de local, acompanhando o deslocamento do próprio material aquecido. Por causa da diferença de densidade
Propagação de energia na forma de ondas eletromagnéticas.
Ao serem absorvidas essas ondas se transformam em energia térmica. Apesar de todas as ondas eletromagnéticas transportarem energia apenas as correspondentes à faixa infravermelho são chamadas ondas de calor. (Pela sua facilidade em se transformarem em energia térmica ao serem absorvidas)
É o calor que recebido ou cedido por um corpo provoca, provoca uma variação do estado de agregação das partículas. Ou seja provoca uma mudança de estado físico. L = Q/m => Q=mL
É o calor que recebido ou cedido por um corpo, provoca
uma variação de temperatura. c = Q/mΔθ => Q = mcΔθ
Indica a quantidade de calor que um corpo precisa receber
ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade.
C = Q/Δθ
Indica a unidade de calor que cada unidade de massa do corpo precisa receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade. c = C/m => c = Q/mΔθ
A busca do equilíbrio térmico é uma lei natural. Porém pode ser evitado em um sistema termicamente isolado. Mas na prática por melhor que seja, ele sempre troca calor com o meio externo.
Φ = Q/Δt; Φ = k A|Δθ|/ l
k = tipo de material; A = área da seção transversal
l = comprimento
Gases Perfeitos
Gás perfeito é um modelo teórico adotado por conta dos gases reais se comportarem de modo diferente uns dos outros.
Porém quando eles são aquecidos a uma alta temperatura e submetidos a uma baixa pressão, eles se comportam de modo semelhante, a esse modo chamaremos gás perfeito
Equação de Clapeyron
Deduzida através da Lei de Boyle, Lei de Charles e Gay-Lussac e da Lei de Charles, Essa equação compreende e relaciona todas as variáveis de um gás perfeito. pV = nRT
p = pressão; V = volume; n = número de mols; T = temperatura
R = constante universal dos gases perfeitos
Mistura física de gases perfeitos
É uma mistura idela de gases perfeitos em que não ocorre transformação química, somente física
A razão pV/T da mistura é igual a soma das razões pV/T de cada um dos gases participantes, antes de fazerem parte da mistura
Pois o número de mols da mistura é a soma do número de mols dos gases participantes
Modelo microscópio
Velocidade média quadrática
Relaciona a Energia mecânica com a Energia térmica
Ecm = Ec1 + Ec2 + ... + Ecn / N
N = número de partícuals do gás
Pressão
Pressão exercida por um gás nas
paredes internas de um recipiente.
Deduzida utilizando conceitos de mecânica newtoniana
Temperatura
Da equação da pressão e da equação de Clayperon vem:
M = Massa molar
Energia Interna
Considerando que as moléculas não possuem energia cinética de rotação e nem energia potencial, então a enegia interna de um gás perfeito será sua energia cinética de translação.
Utilizando a equação de temperatura
e considernado m/M = n temos:
O valor do coeficiente 3/2 varia de acordo com a atomicidade
para gases diatômicos o coeficiente assume o valor 5/2
Teoria Cinética
Consideramos cada molécula como sendo pontos materiais (dimensões disprezíveis)
As moléculas estão em movimento caótico (todas as direções são equiprováveis)
As colisões entre moléculas ou entre uma parede são perfeitamente elásticas
Desprezamos as forças gravitacionais e intermoleculares
As forças intermoleculares só se manifestam durante as colisões
O estudo das colisões das moléculas pode ser feito com a mecânica newtoniana
Energia cínética média molecular
Ecm = U/N => Ecm = 3/2 kT
k = constante de Boltzmann = R/A(constante de avogrado)
Portante a Ecm de cada molécula de um gás perfeito
é função absoluta de sua temperatura absoluta
Dilatação térmica
Equilíbrio Térmico
(Lei Zero)
Dois sistemas físicos estão em equilíbrio se, ao serem colocados em contato térmico, não há fluxo de calor entre eles.
Como a condição de existência do fluxo de calor é que exista diferença de temperatura portanto dois sistemas em equilíbrio térmico possuem a mesma temperatura
Princípio da conservação de Energia
(1ª Lei)
A variação da energia interna entre dois estados quaisquer, é a diferença entre o calor e o trabalho trocados com o meio externo.
Trabalho recebido ( - ); Trabalho Realizado ( + )
Calor recebido ( + ); Calor perdido ( - )
Relação de Mayer
Máquina térmica
(2ª Lei)
Dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica
O calor que vem de uma fonte quente passa pela máquina térmica que transforma parte em trabalho e o restante vai para uma fonte fria
Rendimento
É impossível o rendimento de 100%, pois para isso |Qb| teria que ser 0, ou seja não poderia existir fonte fria, o que é um absurdo segundo a definição de calor
|Qa| = Calor que veio de uma fonte quente
|Qb| = Calor que foi para uma fonte fria
Entropia
(2ª Lei)
Medida do grau de desordem.
Estatisticamente a energia tem uma alta probabilidade de se espalhar. Baixa entropia = energia concentrada.
Sólidos
Linear
α é o coeficiente de dilatação linear que depende do material, da temperatura e da pressão de eventuais tratamentos térmicos e mecânicos
Superficial
Forma aproximada(deprezamos o termo α²∆θ²):
β = coeficiente de dilatação superficial
β = 2α
Líquidos
Volumétrica
Forma aproximada(desprezando alguns termos):
γ = coeficiente de dilatação volemétrica
γ = 3α
Volumétrica
Regida pela mesma equação da dos sólidos
Porém o coeficiente de dilatação real dos líquidos, geralmente são maiores dos que os dos sólidos, alguns valores.
Não se esquecendo que o líquido precisa estar em um sólido e este também se dilata portanto: a dilatação real será a dilatação aparente mais a dilatação da capacidade do frasco, o que leva:
γreal = γfrasco + γaparente
Temperatura e massa específica
Como o aumento de temperatura altera o volume de uma substância não alterando a massa porém, então ela altera a massa específica (m/V), sendo que quanto maior a temperatura menor será a massa específica
Utilizando a equação da dilatação volumétrica temos:
Equilíbrio térmico
Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmico quando suas temperaturas são iguais