TERMOLOGIA O que é temperatura? • Temperatura é uma grandeza física que mede o grau de agitação de moléculas ou partículas. • Quanto maior a temperatura, maior é a agitação dessas partículas e quanto menor a temperatura, menor é o grau de agitação. ‘ Menor temperatura: Maior temperatura: Alto grau de agitação Baixo grau de agitação O que é calor? • Calor é uma forma de energia, térmica, em trânsito devido a uma diferença de temperatura entre dois corpos ou sistemas. Equilíbrio Térmico: Ocorre quando a temperatura dos corpos se igualam, ou seja, possuem o mesmo valor. Equilíbrio térmico • Ocorre quando dois corpos, em temperaturas diferentes, atingem a mesma temperatura por meio de um processo de trocas de calor (condução, convecção e/ou irradiação). • Exemplo: A mistura de água quente com água fria, ocasiona em uma mistura comumente chamada de “água morna”. Mas na verdade, a “água morna” é o equilíbrio térmico entre a água quente e fria. Medida de temperatura • Para a medida de temperatura, usam-se termômetros; • Usa-se uma substância termométrica, como o mercúrio e uma escala para registro do valor da temperatura. Escalas termométricas Atualmente temos três escalas importantes em uso: Celsius, Fahrenheit e Kelvin Escala Celsius: (Anders Celsius, 1701- 1744 ) Foi uma escala construída, tomando-se como referência a temperatura do gelo fundente como primeiro ponto fixo e a temperatura do vapor d´água em ebulição como segundo ponto fixo, atribuindo para estes dois pontos os valores 00C e 1000C respectivamente. Escala Fahrenheit: Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) Existem várias versões para a construção da escala Fahrenheit, mas nenhuma delas confirmada. Porém sabemos que nesta escala o ponto de gelo fundente e o vapor d´água em ebulição são registradas com os valores 320F e 2120F. Escala Kelvin William Thomson (Lorde Kelvin) (1824 – 1907) É a escala oficial do Sistema Internacional admitida para a temperatura termodinâmica, onde o valor correspondente ao gelo fundente é 273,15K e para o vapor d´água em ebulição é 373,15K. É também chamada de escala absoluta ou científica pois define como 0K (zero absoluto) a temperatura teórica em que as partículas que compõem um corpo estariam paralisadas. Conversão entre as escalas: C F T A equação de conversão de escalas é: TC TF 32 TK 273 5 9 5 ZERO ABSOLUTO: ESCALA KELVIN • É a menor temperatura admissível. É o estágio que, se fosse alcançado, não haveria agitação alguma das partículas e/ou moléculas. • Não é possível alcançar o “zero absoluto”. Construção de uma escala qualquer X X2 X X1 Y Y2 Y Y1 X X 1 Y Y1 X 2 X 1 Y2 Y1 Dilatação Térmica Dilatação Térmica em Sólidos • Quando varia-se a temperatura de um material sólido, suas dimensões variam. • Geralmente, quando aumenta-se a temperatura, as dimensões do material aumentam. • Assim como, se diminuída a temperatura, as dimensões diminuem (contração térmica). • Existem três tipos de dilatações em sólidos: Dilatação térmica linear (uma dimensão: comprimento); Dilatação térmica superficial (duas dimensões: comprimento e largura); Dilatação térmica volumétrica (três dimensões: comprimento, largura e altura). Dilatação térmica linear Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento). L L0T onde α (alfa) é o coeficiente de dilatação linear e sua unidade no SI é K-1. Outra unidade empregada é o °C-1. Dilatação Térmica Superficial Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura). A A0 T A A A0 A A0 (1 T ) 2 onde β é o coeficiente de dilatação superficial e sua unidade no SI é K-1. Dilatação Térmica Volumétrica Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura). V V0T V V V0 V V0 (1 T ) 3 onde γ é o coeficiente de dilatação volumétrica e sua unidade no SI é K-1. Quantidade de calor de um corpo (Q) • Variáveis que influenciam na quantidade de calor absorvida ou cedida por um corpo: - Massa m (quanto maior a massa, maior é a quantidade calor absorvida ou cedida pelo corpo); - Variação de temperatura ∆T (quanto maior for a variação de temperatura, maior também é a quantidade de calor absorvida ou cedida pelo corpo); - A característica físico-química do material interferem na quantidade de calor que o corpo absorve ou cede. Quantidade de calor de um corpo • Reunindo essas observações temos que: Q m cT onde c é o calor específico do material. Como calor é um tipo de energia, sua unidade no SI é: J (joule) Unidades de calor específico • Observando a expressão: Q m cT Reescrevendo-a: Q c T Unidade no SI de calormespecífico: J/kg.K Outra unidade utilizada, porém não pertence ao SI: J/kg.°C Caloria e calor específico da água • Uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1°C no intervalo de 14,5°C a 15,5°C. Q 1cal c cágua cágua 1cal / g C mT 1g 1C Relação entre caloria e joule • É conhecido também como mecânico do calor. Sua relação é: equivalente 1cal 4,186J A relação para os valores de calor específico: 1cal 4,2 J 1g 1C 1,0 103 kg 1C 1cal / g C 4200J / kg C Exemplos 1) Um bloco de massa 200g e de determinado metal sofre um acréscimo de temperatura de 45°C quando absorve 8400J de calor. Qual é o calor específico desse material em cal/g°C? (Considere 1cal=4,2J) Capacidade térmica • Trata-se da situação em que dois ou mais corpos absorvem a uma quantidade de calor e a variação de temperatura que cada um sofre é diferente. Q C T • Sua unidade no SI é o J/K. Outras unidades (mas não no SI) J/°C, cal/°C. Trocas de calor - Baseia-se no Princípio da Conservação de Energia; - Assim na troca de calor de corpos: 1) O corpo que cede energia (calor) sofre um resfriamento (a temperatura final é menor que a inicial) e decorre que essa quantidade de calor é negativa; 2) O corpo que recebe essa energia (calor) sofre um aquecimento (a temperatura final é maior que a inicial) e decorre que essa quantidade de calor é positiva; 3) Por fim para dois corpos: Qrecebido = - Qcedido Qrecebido + Qcedido = 0 Para casos mais gerais: • Para um sistema isolado: ∑Qrecebido + ∑ Qcedido = 0 Sites consultados, imagens, vídeos, etc. • joomla.peopleweb.com.br/joomla/images/arquiv os/aula1.ppt