As leis mecânicas se aplicam a objetos microscópicos e macroscópicos. A aplicação destas leis na descrição de um gás não seria factível.
O número de partículas e muito grande, da ordem de 10 24 partículas. O número de equação que descreveria tal sistema seria da mesma ordem. Seria difícil calcular e interpretar tantas equações.
No caso de um gás as partículas de movem de forma desordenada, colidindo umas com as outras e com as paredes do recipiente. A distância média típica é da ordem de 10-8 cm e o intervalo media entre as colisões e 10-13s.
A descrição termodinâmica é macroscópica, não necessariamente somente
para gases. É uma descrição empírica, corroborada pela descrição estatística
de grandes números (Mec. Estatística). Quando tratamos de medias para um
sistema em equilíbrio com N componentes o erro e da ordem
Para sistemas macroscópicos onde N é ordem de 1024 o erro dos valores médios seria da ordem de 10-12!!
Temperatura e pressão, por exemplo, estão relacionados a valores médios de grandezas microscópicas→ energia media e transferência média de momento nas colisões
respectivamente
Podemos relacionar a temperatura, por exemplo, a média da energia cinética das partículas componentes do sistema. Para um sistema macroscópico em equilíbrio o erro no valor desta grandeza 10-12
Partindo de um pequeno número de leis a Termodinâmica se deduz muitas consequências importantes.
Lei zero → define equilíbrio térmico
10 Lei → Enuncia a conservação da energia incluído o calor
20 Lei → Mostra a existência de uma direção espontânea na ocorrência de fenômenos . Define uma grandeza relacionada e isso, a entropia.
30 Lei → Define um valor de referência para a entropia. O valor desta grandeza tende a zero quando uma substancia pura atinge o valor mais baixo possível de temperatura, o zero absoluto.
Do ponto de vista Termodinâmico a descrição de um sistema com 1024 componentes envolve poucos parâmetros. Para o gás de uma substancia pura, por exemplo, a pressão p, o
volume V e a temperatura T são na maioria das vezes parâmetros suficiente
Calor e Temperatura
Todo corpo possui energia térmica, que está relacionada a energia potencial e cinética (vibração e rotação incluídos) dos componentes do sistema. O calor é a energia térmica que passa de um corpo a outro.
A energia é sempre transferida do corpo mais quente para o mais frio.
Podemos dizer que as matérias contem calor ? Como poderíamos definir calor ?
A energia que é transferida de um corpo a outro devido a diferença de temperatura é chamada de calor
Importante: A matéria não contem calor. Ela contém energia cinética e potencial. Calor é a energia em trânsito do corpo mais quente para o mais frio.
Ela contem energia interna.
Energia interna. É energia contida na substancia, envolvendo todas as formas de energia ( cinética de transl e rotação, potencial, . )
Lavoiser imaginava que o calor era uma espécie de fluido que permeava os corpos (Teoria do calórico). Sua teoria foi definitivamente negada pela
experiência de uma fabricante de canhão, conde Rumford, que mostrou que o calor poderia ser produzido pelo atrito.
A temperatura é uma grandeza fundamento do SI, assim como o comprimento (m), massa (Kg), tempo(s), corrente(A), quantidade de substancia(mol) e
intensidade luminosa (candela
No SI a unidade de temperatura e o Kelvin (k)
O que é temperatura? Temperatura e uma quantidade que indica em que direção a energia térmica vai fluir quando dois corpos são colocados em contato térmico. Se não houver fluxo de energia térmica e porque os corpos estão em equilíbrio térmico
Lei zero da Termodinâmica: Se dois corpos A e B estão em equilíbrio com um terceiro corpo C, ou seja, se não há troca efetiva de calor entre eles, podemos dizer que A e B estão em equilíbrio térmico entre si (não haverá troca efetiva de calor entre eles se forem colocados em contato térmico)
Se não há troca efetiva de calor entre AC e BC então não haverá troca quando A e B forem colocados em contato térmico.
Graças a esta lei termômetros podem ser construídos. Se um termômetro é calibrado de forma que seus parâmetros indiquem T ele indicará sempre esta mesma temperatura cada vez que ficar em equilíbrio térmico com outro corpo a esta mesma temperatura
em contato térmico.
Para medir a temperatura e necessária utilizar uma propriedade física que varia com a temperatura..
Pode ser o volume de uma substancia, sua resistência elétrica, a pressão de gás a volume constante, o volume de um gás a pressão constante , a radiação
predominante emitida por um corpo ...
Para definir uma escala de temperatura são necessários pontos de referência que devem ser de fácil reprodução e acesso.
Escala Celsius
00C : Temperatura de equilíbrio gelo + água a pressão de 1atm. 100oC: Temperatura de fusão da água a 1atm
Podemos usar como termômetro a dilatação volumétrica do Hg.
Escala Celsius e Fahrenheit
Foi construída em 1742, pelo físico e astrônomo sueco Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100 (cem). Dividiu-se o intervalo obtido entre os pontos fixos em cem partes iguais, em que cada parte corresponde à uma unidade da escala
Escala Fahrenheit
É usada em muitos países de língua inglesa O ponto de fusão da água e 32 0F e a o ponto de ebulição é 212 0F.
Pontos fixos foram definidos por Fahenreit tomando como referência a temperatura mais fria da sua cidade (0 oF) e a temperatura do corpo humano (100 oF)
Relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit
O termômetro a gás é usado para calibrar outros termômetros. Ele se baseia na pressão de um gás p(T) a volume constante.
Ele é usado como padrão porque a baixas pressões a leitura destes termômetros independe da substancia utilizado como gás.
Para outros tipos de termômetros quando se usa substancias diferentes geralmente as leituras não são concordantes.
A pressão do gás varia linearmente com T.
A baixa pressão leituras de gases Diferentes são coincidentes
x
A temperatura absoluta nula T = 0 k equivale a T = -273,15 0C. Este valor é obtido
experimentalmente extrapolando a curva p X T para diferentes gases.
Para definir uma escala de temperatura, a absoluta ou Kelvin, e necessário um outro ponto. O outro ponto escolhido foi o ponto triplo da água, onde a água coexiste
simultaneamente no estado sólido, líquido e gasoso a pressão (0.006 atm) e temperatura (0.0098 °C=0,01 °C)
A unidade de temperatura na escala absoluta é, por definição, igual a um grau centígrado. O Ponto triplo a escala absoluta é então 273,16 K
A relação entre as escalas Celsius entre Kelvin é dada por: TK = TC+ 273,15
O “supercondutor de alta temperatura” YBa2Cu3O7 se torna supercondutor quando a temperatura cai para 92 K. Determine a temperatura limiar de supercondutividade em graus Fahrenheit.
Dilatação
Quando o corpo absorve energia térmica suas dimensões se alteram, normalmente o corpo se expande com absorção de energia
Quando o corpo absorve energia térmica suas dimensões se alteram, normalmente o corpo se expande com o aumento da temperatura .
Quando a temperatura aumenta de T seu comprimento se altera de DL. L é proporcional ao comprimento inicial L0
L=L0T=L-Lo
•
L = L0(1+L0 T)
L / L0Tcoeficiente de dilatação linear. No SI 1/K=1/0C
Depende da temperatura e para muitos matéria a depende da direção. Recorte de tela efetuado: 5/23/2016 11:27 AM
x
Para cada dimensão L = L0
(1+
T).
O volume inicial V0
= L
o3Volume após dilatação : V = L
3= L
o3
(1+
T)
3V
0(1+
T)
3V=V
0(1+3
T)
Da mesma forma a expansão superficial para uma área inicial A0
A=A
0(1+2
T)
Para uma placa inicialmente com área A0 com um buraco diâmetro D0 . Uma variação de temperaturaT altera suas dimensões
A dilatação térmica deve ser permitida a todos os tipos de estrutura
A figura ao lado mostra a dilatação térmica do trilhos. Em lugares com grandes variações de temperatura ao longo do ano eles devem ser construídos no período mais quente. ou projetados de forma e levar em conta a dilatação térmica deixando vãos largos o suficiente.
O material usado por dentistas de ter a mesmo coeficiente de dilatação do esmalte dos dentes. Caso contrário variações de temperatura podem provocar infiltrações.
Durante a construção de uma ponte, os operários instalam duas vigas de aço com 10 m de comprimento em um dia em que a temperatura é 18°C. Qual deve ser a largura da junta de dilatação para que, mesmo em um dia muito quente, em que a temperatura chegue a 45 °C. As vigas não sofram flambagem?
O rebites em aviões são construídos com diâmetro ligeiramente maior que o buraco onde irão de encaixar. Eles são resfriados para poderem ser encaixados. Ao entrarem em equilíbrio térmico com o ambiente eles se dilatam, ficando fortemente fixados
O vidro resfriado ou aquecido bruscamente quebra por conta das tensões criadas pela dilatação. O pirex foi concebido para dilatar pouco por isso suporta variações bruscas de temperatura.
Laminas bimetálicas são usadas como disjuntores e termostatos.
Quando presas a dilatação diferenciada faz com que a estrutura se curve. Desta forma os contatos elétricos podem ser ligados e desligados em função da temperatura do dispositivo
