Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista
Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE
Bacharelado em Engenharia Elétrica
Aula 9
Temperatura, Calor, Lei Zero da Termodinâmica,
Dilatação Térmica, Termometria
Física Geral e Experimental II
Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti
IPAUSSU-SP
2012
Termologia
É o estudo dos fenômenos térmicos que envolvem
calor e temperatura. São exemplos:
Calor e Temperatura
Temperatura: é uma medida proporcional à
energia cinética média das moléculas de um
material. Está relacionada à sensação térmica
provocada no contato com este material.
Calor: é a energia térmica que flui de um
corpo para outro enquanto há diferença de
temperatura entre eles.
Lei Zero da Termodinâmica
Se 2 corpos A e B estão, separadamente, em
equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, então
A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
OBS: equilíbrio térmico = mesma temperatura
Escalas Termométricas
Existem 5 escalas termométricas, 3 mais conhecidas e
empregadas na atualidade:
Celsius(C), Fahrenheit (F), Kelvin (K), Rankine (Ra) e Reamur (R).
Exemplos
1) Converta as temperaturas:
a) 300K em F
c) 52F em C
e) 70R em F
80,6°F
11,11°C
189,5°F
b) 20C em K 293K
d) 303K em C 30°C
f) 550Ra em C 32,2°C
Exemplos
2) (a) Em 1964, a temperatura da aldeia de
Oymyakon, na Sibéria, chegou a -71C. Qual é o
valor desta temperatura na escala Fahrenheit? (b)
A maior temperatura registrada oficialmente nos
EUA foi 134F, no Vale da Morte, Califórnia. Qual é
o valor desta temperatura na escala Celsius?
3) Em que temperatura a leitura na escala Fahrenheit
é igual (a) a duas vezes a leitura na escala Celsius e
(b) a metade da leitura na escala Celsius?
Comportamento Anômalo da Água
Em países onde os invernos são rigorosos,
muitas pessoas deixam suas torneiras gotejando
para não permitir que a água contida no
encanamento se congele, devido ao pequeno fluxo,
e os canos arrebentem. Do mesmo modo, nas
encostas rochosas desses países, com a chegada do
inverno, as águas que se infiltraram nas rachaduras
congelam-se e aumentam de volume, provocando
um desmoronamento.
Comportamento Anômalo da Água
Ao se elevar a temperatura de uma substância,
verifica-se
uma
dilatação
térmica.
Entretanto, a água, ao ser aquecida de 00 C a 40 C,
contrai-se, constituindo-se uma exceção ao caso geral.
Esse fenômeno pode ser aplicado da seguinte maneira: no
estado sólido, os átomos de oxigênio, que são muito
eletronegativos, unem-se aos átomos de hidrogênio
através da ligação denominada ponte de hidrogênio. Em
consequência disso, entre as moléculas, formam-se
grandes vazios, aumentando o volume externo (aspecto
macroscópico).
Comportamento Anômalo da Água
Quando a água é aquecida de 0o C a
4o C, as ponte de hidrogênio rompem-se e as moléculas
passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim,
uma contração. Portanto, no intervalo de 0o C a 4o C,
ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de volume.
Mas, de 4o C a 100o C, a água dilata-se normalmente.
Termômetros
São dispositivos construídos para medir a temperatura. Podem ser:
de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, de resistência elétrica,
bimetálico, de pressão de gás, laser e infravermelho.
Dilatação Térmica
A matéria quando aquecida, dilata-se, aumentando suas
dimensões físicas.
Dilatação Térmica
Dilatação Térmica
Exemplos de valores de coeficiente de dilatação linear:
Água
1,3 . 10-4
Mercúrio
1,8 . 10-4
Glicerina
4,9 . 10-4
Benzeno
10,6 . 10-4
Álcool etílico 11,2 . 10-4
Acetona
14,9 . 10-4
Petróleo
10 . 10-4
1) (Halliday, p.190) Em um dia quente em Las Vegas um caminhão
tanque foi carregado com 37000L de óleo diesel. Ele encontrou
tempo frio ao chegar a Payson, Utah, onde a temperatura estava
23K abaixo da temperatura de Las Vegas, e onde ele entregou a
carga. Quantos litros foram descarregados? O coeficiente de
dilatação volumétrica do óleo diesel é 9,5.104 º / C
11.106 º / C , e o coeficiente de dilatação linear do aço de que é
feito o tanque do caminhão é
.
V  V . .T
V  37000.9,5.104.(23)
V  808,45L
Vdescarrega dos  37000 808,45
Vdescarrega dos  36191,6 L
Calor absorvido = Temperatura aumenta = Quente
Calor perdido = Temperatura diminui = Frio
Calor específico
sensível (c)
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
sem que haja mudança de estado.
Q  m.c.T
Q  calor
m  massa
c  calor específico
T  variação da temperatura
Calor Latente (L)
É uma grandeza
que está associada
a um CORPO.
Q
C
T
C  m.c
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
durante a mudança de estado
(não
há
mudança
de
temperatura).
Q  calor
m  massa
c  calor específico
C  capacidade térmica
T  variação da temperatura
Q  m.L
Q  calor
m  massa
L  calor latente
Calor
Intervalo de temperatura de
específico
Substância validade do calor específico
em
sensível
cal/g.ºC
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
sem que haja mudança de
estado.
Q  m.c.t
OBS: unidades para calor
cal (caloria) ou J(Joule)
1 cal = 4,18J
Platina
Chumbo
Mercúrio
Prata
Cobre
Níquel
Ferro
Silício
Alumínio
Querosene
Prata
Álcool
Água
Amônia
0C - 100C
0C - 100C
0C - 210C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C - 100C
0C
14,5C - 15,5C
20C
0,030
0,031
0,033
0,056
0,094
0,100
0,110
0,180
0,220
0,510
0,560
0,580
1,000
1,120
Calor Latente (L)
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
durante a mudança de estado
(não
há
mudança
de
temperatura).
Q  m.L
Substância
água
álcool
alumínio
cloreto de sódio
cobre
chumbo
enxofre
Substância
água
álcool
alumínio
cloreto de sódio
cobre
chumbo
enxofre
estanho
Ponto de fusão (°C)
0
-114
659
800
1 083
327
119
Calor latente de fusão
(cal/g)
80
25
95
124
49
6
119
14
Calor Latente (L)
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
durante a mudança de estado
(não
há
mudança
de
temperatura).
Q  m.L
Substância
estanho
ferro
mercúrio
nitrogênio
ouro
oxigênio
prata
zinco
Ponto de fusão (°C)
232
1 535
-39
-210
1 063
-219
961
419
Substância
ferro
hidrogênio
mercúrio
nitrogênio
ouro
oxigênio
prata
zinco
latente de fusão (cal/g)
64
14
2,7
6,1
15
3,3
21
24
Calor Latente (L)
É uma grandeza que está
associada a uma SUBSTÂNCIA.
É empregado quando ocorre
absorção ou liberação de calor,
durante a mudança de estado
(não
há
mudança
de
temperatura).
Q  m.L
Substância
Ponto de ebulição (°C)
água
álcool
cobre
chumbo
enxofre
ferro
100
78
2 595
1 744
445
3 000
substância
água
álcool
cobre
chumbo
enxofre
ferro
Calor latente de
vaporização (cal/g)
540
204
1 288
209
78
1 508
Calor Latente (L)
Q  m.L
Substância
Ponto de ebulição (°C)
hidrogênio
-253
mercúrio
357
nitrogênio
-196
ouro
2 966
oxigênio
-183
prata
2 212
zinco
918
Substância
hidrogênio
mercúrio
nitrogênio
ouro
oxigênio
prata
zinco
Calor latente de
vaporização (cal/g)
108
70
48
376
51
559
475
1) Qual é a quantidade de calor necessária para aquecer 250g de
chumbo que está a uma temperatura de 20C até 85C?
Resposta: O chumbo de 20C a 85C é sólido e não muda de estado. Portanto
utilizamos a expressão do calor específico:
Q  m.c.T
Q  250g.0,031cal / g C.(85  20)
Q  503,75cal
2) Qual é a quantidade de calor necessária para fundir 250g de
chumbo que está a 327C?
Resposta: O chumbo a 327C está mudando do estado sólido para o líquido.
Portanto é fusão. Utilizamos a expressão do calor latente:
Q  m.L f
Q  250g.6cal / g
Q  1500cal
3) Um bloco de 100g de gelo a –20°C será aquecido até 120°C. Indique em um gráfico
a sequência das transformações e calcule a quantidade total de calor necessária para
ocorrer tal processo. Dados: considere o calor específico da água 1cal/gC, mesmo
sabendo que ele varia com a temperatura. Considere Lf=80cal/g e Lv=540cal/g e
sistema ao nível do mar.
QTOTAL  Qsólido  QL  S  Qlíquido  QL V  Qvapor
QTOTAL  m.c.TS  m.LF  m.c.TL  m.LV  m.c.TV
QTOTAL  m(c.TS  LF  c.TL  LV  c.TV )
QTOTAL  1001.(0  (20)  80  1.(100 0)  540 1.(120 100)
QTOTAL  76000cal