Tópicos Abordados Nesta Aula
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A lei zero da termodinâmica (Troca de Calor)
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Escalas Termométricas
1)
Escala Celsius
2)
Escala Kelvin
3)
Escala Fahrenheit
Termodinâmica
A termodinâmica explica as principais propriedades da matéria e a
correlação entre estas propriedades e a mecânica dos átomos e
moléculas
O estudo da termodinâmica envolve
•
Conceitos de transferências de energia, entre um sistema e seu
ambiente
•
As variações resultantes na temperatura ou mudanças de estados.
Questões práticas tratadas pela termodinâmica
•
Como um refrigerador arrefece ?
•
Que tipos de transformações ocorrem num motor de carro?
Termodinâmica
A termodinâmica trata das transformações da matéria nos seus quatro estados
As Leis da Termodinâmica
A Termodinâmica é baseada em princípios estabelecidos experimentalmente
Teoria Cinética dos Gases
Propriedades Microscópicas
• A Lei Zero Termodinâmica – Estabelece uma base para a medição de temperatura.
• A Primeira Lei da Termodinâmica – Relaciona a conservação da Energia, e a geração de Trabalho.
• A Segunda Lei da Termodinâmica – Determina uma direção privilegiada para determinados processos. Certos processos não podem ser desfeitos (Tendência de aumento do Caos).
A Temperatura
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Se os corpos estiverem a temperaturas
diferentes, a energia pode ser trocada entre eles por meio de, por exemplo, calor ou radiação
electromagnética
No equilíbrio térmico os corpos em contacto
térmico deixam de trocar energia
Termómetro – um dispositivo calibrado para
medir a temperatura do corpo
Diz-se que estão em contacto térmico os corpos que podem trocar energia uns com os outros desta maneira
Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de calor ou de frio de um corpo que tocamos
A Lei Zero da Termodinâmica
Se forem colocados em contacto térmico um com o outro, como na Figura (c), não haverá nenhuma transferência de energia entre eles.
Assim, podemos enunciar a Lei Zero como:
“Se os corpos A e B estiverem separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si”
A temperatura é a propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio
térmico com outros corpos
● Dois corpos em equilíbrio térmico entre si estão na mesma temperatura
Se as duas leituras forem as mesmas, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro.
Termômetros
Os termómetros são dispositivos utilizados para medir a temperatura de um corpo ou de um sistema com o qual o termómetro está em equilíbrio térmico.
Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são usadas nos termómetros:
• O volume de um líquido (a)
• O comprimento de um sólido
• A pressão de um gás mantido a volume constante
• O volume de um gás mantido a pressão constante
• A resistência elétrica de um condutor
• Alteração de coloração de um material
Ver Termopar
Escala Celsius de Temperatura (°C)
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As extremidades da coluna do líquido no termómetro foram marcadas em dois pontos:
• Ponto de fusão do gelo - 0 C
• Ponto de ebulição da água - 100 C
A distância entre as marcas é dividida em 100 seguimentos iguais, cada um denotando uma variação na temperatura de um grau Celsius.
O grau Celsius (°C) designa a unidade de temperatura, assim denominada em
O Termómetro de Gás a Volume Constante
O comportamento observado nesse dispositivo é a variação da pressão com a temperatura de um volume fixo de gás
Foi calibrado utilizando-se os pontos de fusão do gelo e de ebulição da água
O reservatório B de mercúrio é levantado ou
abaixado até que o volume do gás confinado esteja em algum valor, indicado pelo ponto zero da régua
A altura h (a diferença entre os níveis do
reservatório e da coluna A) indica a pressão no frasco, de acordo com a equação:
gh
P
P
0
O Termómetro de Gás a Volume Constante e
a Escala Kelvin (K)
Se quisermos medir a temperatura de uma substância, colocamos o frasco de gás em contacto térmico com a substância e ajustamos a coluna de mercúrio até que o nível na coluna A retorne a zero
A altura da coluna nos informa a pressão do gás e podemos, então, encontrar a temperatura da substância a partir da curva de calibração.
O Termómetro de Gás a Volume Constante e
a Escala Kelvin (K)
A Figura mostra a curva de calibração para três gases diferentes
Observamos que se estendermos as retas rumo às temperaturas negativas, para P=0, a temperatura será
de –273.15 C.
Tal temperatura deve representar um limite inferior para os processos físicos porque a pressão mais baixa possível é P=0 (seria um vácuo perfeito)
Isso sugere que essa temperatura em particular tem importância universal pois não depende da substância usada no termómetro .
Definimos a temperatura de –273.15
C como sendo o zero absoluto.
A Escala Kelvin (K)
A escala Kelvin de temperatura estabelece –273.15 C como seu ponto zero (0 K)
O tamanho de um grau na escala Kelvin é escolhido para ser idêntico ao tamanho de um grau na escala Celsius
T
T
C
Conversão entre as temperaturas na escala Kelvin e Celsius
15
.
273
T
T
CTC é a temperatura na escala Celsius T é a temperatura na escala Kelvin
(temperatura absoluta )
Atualmente o primeiro ponto é o zero absoluto e o segundo ponto é o ponto triplo da água em 273.16 K (1954
A Escala Fahrenheit (°F)
A escala de temperatura mais comum no uso diário nos Estados Unidos é a escala Fahrenheit
• Ponto de fusão em 32 F
• Ponto de vapor em 212 F
Relação entre as escala Celsius e Fahrenheit
32
5
9
C FT
T
F
C
F
T
T
5
9
Termometria
Correspondência entre algumas temperaturas:
Temperatura °C °F
Ponto de ebulição da água 100,0 212,0
Temperatura média do corpo humano
37,0 98,6
Nível de Temperatura confortável
20,0 68,0
Ponto de congelamento da água 0,0 32,0
Zero da escala Fahrenheit -18,0 0,0
Ponto de coincidência das leituras das escalas
Exercícios Propostos
1)
A diferença de temperatura entre o interior e a parte externa
do motor de automóvel é de 450°C.
Expresse esta diferença de temperatura
(a)
na escala
Fahrenheit e
(b)
na escala Kelvin.
2)
O nitrogênio líquido tem um ponto de ebulição de -195,81°C
na pressão atmosférica. Expresse esta temperatura em
a)
Fahrenheit
Exercícios Propostos
3)
Converta as seguintes temperaturas em suas equivalentes
na escala Celsius e Kelvin:
a)
a temperatura do corpo humano, 98,6°F;
b)
a temperatura do ar em um dia frio, -5,0°F.
4)
Qual temperatura a escala Fahrenheit indica uma leitura
igual a
a)
duas vezes a da escala Celsius;
Exercícios Propostos
5)
A temperatura do Sol é cerca de 6000K. Expresse este valor
na escala Fahrenheit.
6)
Suponha que numa escala de temperatura X, a água ferva a
-53,5°X e congele a -170°X. Qual o valor de 340K, na escala
X?
7)
Um estudante de enfermagem observa que a temperatura
de certo paciente variou de 5°C. A variação correspondente na
escala Fahrenheit será de:
Exercícios Propostos
8)
No mapa abaixo, está representada a variação média da
temperatura dos oceanos em um determinado mês do ano. Ao lado,
encontra-se a escala, em graus Celsius, utilizada para a elaboração
do mapa.
Determine, em graus Kelvin, o
módulo da variação entre a
maior e a menor temperatura da
escala apresentada.
Exercícios Propostos
09) (FATEC – SP) Certo dia, um viajante verificou que a temperatura local acusava X°F. Se a escala utilizada tivesse sido a Celsius, a leitura seria 52 unidades mais baixa. Essa temperatura é:
a) agradável b) 50°C
c) 84°C d) 100°C
e) acima de 100°C
10) (MACLENZIE) O quíntuplo de uma certa indicação de temperatura registrada num termômetro graduado na escala Celsius excede em 6 unidades o dobro da correspondente indicação na escala Fahrenheit. Esta temperatura, medida na escala Kelvin, é de:
