Calor e Termodinâmica

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Calor e 1ª Lei da 
Termodinâmica
Lilian R. Rios
 06/05/16
www.posmci.ufsc.br
Calor e sua propagação
Calor (uma definição):
“Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura entre os corpos”.
Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio.
Unidades de medida de calor
caloria – cal
Joule – J
British thermal unit – Btu
A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5°C para 15,5°C uma quantidade de 1g de água. 
Convenção para a Troca de calor
calor recebido
calor retirado
Q > 0
Q < 0
Troca de Calor
Corpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio.
0
...
3
2
1
=
+
+
+
+
n
Q
Q
Q
Q
Em um sistema isolado, a quantidade total de calor trocado entre os corpos é nula, ou seja, o calor total recebido pelos corpos mais frios é igual ao calor total retirado dos corpos mais quentes.
O que ocorre com a temperatura de um corpo quando se transfere calor a ele??
A temperatura pode aumentar ou não.
 Gás
 Forma indefinida;
 Arranjo totalmente desordenado;
 Volume indefinido;
 Partículas livres para se moverem.
Principais Estados da Matéria
Sólido
 Forma rígida;
 Arranjo compacto, ordenado;
 Volume definido;
 Movimento molecular restrito.
 Líquido 
 Forma indefinida;
 Arranjo desordenado;
 Volume definido;
 Partículas movem-se umas entre as outras.
Calor sensível
Quando o calor é utilizado pela substância apenas para variar sua temperatura, sem alterar seu estado físico.
Ex.: aquecimento da água numa panela antes da fervura.
 
Q = C DT 
Q= m c DT
Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc];
C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC];
m = massa do corpo [g, kg];
c = calor específico da substância [J/(kg ºC)];
T = variação da temperatura (Tfinal - Tinicial) [K, ºC].
Equação da Calorimetria – Quantidade de Calor:
Valores de c (25ºC e 1 atm)
Calor Específico
 
Calor Específico Molar
 
Substância
 
cal/(g.K)
 
J/(kg.K)
 
J/(mol.K)
 
Sólidos Elementares
Chumbo
Tungstênio
Prata
Cobre
Alumínio
 
0,0305
 
0,0321
 
0,0564
 
0,0923
 
0,215
 
128
 
134
 
236
 
386
 
900
 
26,5
 
24,8
 
25,5
 
24,5
 
24,4
 
Outros Sólidos
 
Latão
 
Granito
 
Vidro
 
Gelo (
-
10°C)
 
 
0,092
 
0,19
 
0,20
 
0,530
 
 
380
 
790
 
84
0
 
2.220
 
 
Líquidos
 
Mercúrio
 
Álcool etílico
 
Água do mar
 
Água doce
 
 
0,033
 
0,58
 
0,93
 
1,00
 
 
140
 
2.430
 
3.900
 
4.190
 
 
Fonte: Halliday
Calor específico para gases
Calor sensível a pressão constante: cp 
Calor sensível a volume constante: cv 
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Calor Latente
Quando o calor trocado é utilizado pela substância para mudar de estado físico, sem variação de temperatura e sob pressão constante, ele é chamado de calor latente. 
Ex.: fornecimento de calor à água fervente.
VAPORIZAÇÃO
Q = m L
 Q (J) quantidade de calor trocado;
 L (J/kg) calor latente da transformação física;
 m (kg) a massa que mudou de estado físico.
Cálculo da troca de calor latente
Processos de Transferência de Calor 
Condução
Convecção
Radiação térmica
Condução
Convecção
Radiação térmica
Condução
Fonte: www.terra.com.br/fisicanet
Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto. 
Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar.
Característico de meios estacionários.
Condução de Calor
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Condução 
 A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio.
Calor
Condução de calor ao longo de uma barra.
Convecção 
Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes deste meio;
 
Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas; 
 É o transporte de calor típico dos meios fluidos. 
Fonte: www.achillesmaciel.hpg.ig.com.br
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Convecção natural
 Na convecção natural, ou livre, o escoamento do fluido é induzido por forças de empuxo, que vem de diferenças de densidade causadas por variação de temperatura do fluido. 
Transporte natural de fluidos
Convecção natural
Irradiação ou radiação térmica
- Toda a matéria que se encontra a uma temperatura acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica. 
 Não necessita de meio material para ocorrer, pois a energia é transportada por meio de ondas eletromagnéticas.
 É mais eficiente quando ocorre no vácuo.
Radiação Térmica ou Irradiação 
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Ondas eletromagnéticas
Processos de Transferência de Calor
Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações.
1ª Lei da Termodinâmica
slide 24
A ideia de aproveitar o calor para produzir movimento (trabalho) é bem antiga. Heron de Alexandria (10 d.C. a 70 d.C.) já propunha em sua eolípila tal aproveitamento.
Esta ideia ganhou a forma de máquinas térmicas e revolucionou, na segunda metade do século XVIII, a maneira pela qual as pessoas se relacionam e produzem seus bens.
Imagens: 
Eolípila: Katie Crisalli para a U.S. Air Force / United States public domain.
Heron de Alexandria: Autor desconhecido / United States public domain.
Imagens: 
À Esquerda, Sala de máquinas penteadeiras a vapor Heilmann / Armand Kohl / Public domain.
À Direita, Locomotiva a vapor / Don-kun / Public domain.
Sistema
Trabalho realizado pelo gás (W > 0)
Quando o gás se expande, temos uma variação de volume positiva (∆V>0). Então dizemos que o gás realizou trabalho.
Trabalho realizado sobre o gás (W < 0)
Quando o gás é comprimido, temos uma variação de volume negativa (∆V<0). Então dizemos que o trabalho foi realizado sobre o gás.
F
Gás
Física II – Termondinâmica e Ondas
Sears | Zemansky | Young | Freedman
© 2008 by Pearson Education
Física II – Termondinâmica e Ondas
Sears | Zemansky | Young | Freedman
© 2008 by Pearson Education
 
 
1ª Lei da Termodinâmica
 
Casos Especiais
 
K
Numa transformação isométrica, todo calor recebido ou cedido (Q) pelo gás será transformado em variação da sua energia interna (∆E) . Como não há variação de volume, também não há realização de trabalho (W = 0).
Q = ∆E
K
Calor recebido
Calor cedido
 
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¾
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¾
sfria
Re
Aquece
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