Conceitos de calor e de temperatura. Escalas termométricas. Transferência de calor e equilíbrio térmico. Capacidade calorífica e calor específico. Condução do calor. Dilatação térmica. Mudanças de estado físico e calor latente de transformação. Comportamento de Gases ideais. Máquinas térmicas. Ciclo de Carnot. Leis da Termodinâmica. Aplicações e fenômenos térmicos de uso cotidiano. Compreensão de fenômenos climáticos relacionados ao ciclo da água.
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Boa noite.Conceito de calor.
Calor é energia térmica em trânsito. Essa energia térmica sempre desloca-se do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
Conceito de temperatura.
É o valor médio das agitações que ocorrem nas moléculas de um corpo.
Escalas termométricas
Temos três escalas de temperatura usadas atualmente:
Celsius (ºC);
Fahrenheit (ºF);
Kelvin (K)
Relação entre as escalas:
TC/5 = TF - 32/9 = TK -273/5
Onde:
TC: temperatura em Celsius;
TF: temperatura em Fahrenheit;
TK: temperatura em Kelvin.
Definições de Equilíbrio térmico e transferência de calor.
A chamada Lei Zero da termodinâmica diz:
Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B, e este está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A está em equilíbrio térmico com C.
Transferência de Calor
Considerando um sistema isolado e havendo apenas trocas de calor entre os corpos ali contidos, a soma dos calores cedidos (Qc) e calores recebidos (Qr) deve ser nula, ou seja, igual a zero.
∑Qc + ∑Qr = 0
Capacidade térmica ou calorífica.
Para a definição de capacidade térmica (C), temos:
C = Q / Δt
Onde:
Q: quantidade de calor;
Δt: variação de temperatura (Tf-Ti).
Calor específico
Como o nome já diz, cada corpo tem seu próprio calor por conta da constituição molecular que cada um possui.
Condução de calor
A condução se realiza, principalmente, nos corpos sólidos. Como corpos sólidos são mais densos, com maior número de partículas, sobretdo partículas livres que possam ser boas condutoras de energia cinética, são bons condutores de calor. Ex.: os metais.
Dilatação térmica
É o aumento das dimensões do corpo com o aumento de temperatura. Ocorre com quase todos os corpos, no estado sólido, líquido ou gasoso.
Podemos ter:
- Dilatação linear: ocorre em uma dimensão de um sólido.
- Dilatação superficial e volumétrica: quando um corpo sólido tem forma geométrica definida, pode-se determinar a variação da área ou do volume que ele sofre por conta do aumento de temperatura, a partir da dilatação de suas dimensões lineares.
Mudanças de estado físico
Há duas formas possíveis de mudança de fase:
- a mudança de estado físico, quando a substância transita entre os estados sólido, líquido e gasoso, absorvendo ou liberando calor;
- a mudança de fase cristalina de um sólido.
Calor Latente de transformação
Toda mudança de fase ocorre a determinada temperatura, pressão, independentemente do sentido da transformação, ou seja, se está ocorrendo ganho ou perda de calor.
Comportamento de gases ideais.
A ideia de gás ideal está relacionada com a Teoria Cinética dos Gases.
Vamos ver algumas de suas hipóteses:
- Todo gás é constituído de um número enorme de moléculas;
- As moléculas têm dimensões desprezíveis em relação as distâncias médias entre elas;
- As moléculas movem-se constantemente em todas as direções;
- Entre as moléculas de um gás, só há interação quando elas colidem;
- Todas as colisões entre as moléculas de um gás, ou entre as moléculas do gás e as paredes do recipiente, são perfeitamente elásticas. Então, a energia cinética total dessas moléculas permanece constante.
Máquinas Térmicas
São dispositivos que operam em etapas ou ciclos. Seu esquema básico de funcionamento é o seguinte:
A máquina recebe o calor proveniente de uma fonte externa e parte desse calor destina-se a realização de trabalho e a outra parte do calor é rejeitado, cedido para o meio.
Ciclo de Carnot
É uma máquina que pode operar com máximo rendimento, seguindo uma sequencia específica de transformações. A máquina idealizada por Carnot recebeu o nome de ideal. A sequência de transformações é:
Duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas (sem trocas de calor).
Segundo Carnot, o rendimento de uma máquina térmica é máximo quando todas as etapas do seu ciclo forem reversíveis.
Aplicações e fenômenos térmicos de uso cotidiano As aplicações mais comuns são os motores (carro, geladeira, furadeiras, etc) e os fenômenos térmicos são: derretimento de uma liga metálica, a brisa marítima, o funcionamento de um motor, uso de óculos de visão noturna, etc.
Compreensão de fenômenos climáticos relacionados ao uso da água
- Um dos fenômenos relacionados ao uso da água é a dilatação anômala da água, onde no intervalo de temperatura entre 4ºC e 0ºC, o volume da água em vez de diminuir, aumenta;
- As mudanças de estado físico, que influenciam disponibilidade de água de uma região para outra;
- As brisas marítimas, que ocorre por conta da variação de pressão e das correntes de convecção provenientes dos oceanos e
- A formação da chuva, onde podemos observar vários conceitos aqui desenvolvidos, como mudanças de fase, absorção e liberação de calor e processos de propagação de calor.
Espero ter ajudado.