3. Fluxo de energia
Calor é a energia transferida entre um
sistema e o ambiente, devido a sua
diferença de temperatura.
4. Existe outra maneira do sistema
trocar energia com o ambiente?
5. Trabalho (W)
O Trabalho é outra maneira do sistema
realizar essa troca de energia.
Quando o sistema realiza trabalho, ele
gasta energia, mas se uma força exerce
trabalho sobre o sistema, ele ganha
energia
7. Unidades de medição de Calor
As unidades que representam o Calor são
as mesmas que representam Energia;
Usaremos o Joule (J);
Temos também a caloria (cal);
1 cal = 4,186 J
8. Capacidade Calorífica
É a constante de proporcionalidade entre
a Quantidade de Calor (Q) e a Variação
da Temperatura (ΔT).
Unidade: J/K (SI) ou cal/K ou cal/°C
Q
Q = C (Tf – Ti) ou C =
∆T
9. Calor Específico
A Capacidade Térmica é proporcional a
massa. (C = m.c)
Ex: Para variar 1ºC em 1kg de ferro
precisamos de Q, se for 2kg precisamos
de 2Q.
O Calor Específico (c) é uma
característica do material.
Matematicamente: Q = m.c. ΔT;
Unidades: J/kg.K (SI) ou cal/g.°C
10. Calor Específico Molar
Sabemos que a matéria é formada por
uma quantidade muito grande de átomos
e moléculas, por isso representamos a
quantidade de átomos por:
1 mol → 6,02 x 1023 átomos
Utilizamos o Calor Específico Molar
quando não sabemos a massa:
Q = c mol .n. ΔT
11. Calor de Transformação
Quando fornecemos ou retiramos calor de
um sistema ocorre variação na sua
temperatura.
Mas nem sempre uma troca de calor está
associada a uma mudança de
temperatura.
Ex: Vasilha com
água no fogão
12. Calor de Transformação
Então neste caso o calor recebido está
sendo utilizado para mudança de estado
físico, e não variação de temperatura.
Temos que: Q = L.m
Unidades de Calor Latente: J/kg (SI) ou
cal/g.
13. Calor de Transformação
Exemplos:
A água possui:
O Calor Latente dos estados líquido-
gasoso:
L V = 2260 kJ/kg (calor de vaporização)
E o Calor Latente dos estados líquido-
sólido:
L f = 333 kJ/kg (calor de fusão)
14. Atividade 1
Quanto calor é preciso para fazer
uma amostra de gelo de massa
m = 720g a -10°C passar para o
estado líquido a 15°C ? Faça um
gráfico da temperatura em função da
quantidade de calor inserida no
sistema neste processo.
16. Trabalho
Na Mecânica Clássica: W = F.d.cos θ
Onde θ é o ângulo entre a Força e o
Deslocamento.
17. Trabalho
Vamos calcular o trabalho realizado por
um gás dentro de um cilindro. Suponha
que o volume seja constante e se não há
deslocamento, não haverá trabalho.
Como calcular W se não sabemos a força
exercida pelo gás?
18. Trabalho
Para encontrar a fórmula do trabalho,
vamos escrever a força de outra maneira.
pressão = F / área (N/m2) (Pascal-Pa)
Então: F = p x A, como W = F x d
Teremos: W = p x A x d (I)
Como o volume do cilindro: V = A x d,
Substituindo em (I), W = p(Vf – Vi)
19. Trabalho
Temos então o trabalho em função da
pressão e do volume:
W = p. ΔV
Utilizamos esta fórmula para pressão cte.
21. Quando a pressão não é constante
Não poderemos usar W = p. ΔV
Deveremos dividir a expansão do gás em
pequenos incrementos de volume;
Se os incrementos forem muito pequenos
a pressão será aprox. constante.
W = p1 ΔV1 + p2 ΔV2 + p3 ΔV3 + ... + pj ΔVj +...+ pN ΔVN
Cada parcela do somatório representa a
área de um retângulo, base (ΔV) e a altura
(p).
22. Integral da pressão em função do
volume
O trabalho será a soma das áreas dos
pequenos retângulos:
23. Fórmula Geral do Trabalho (Gás)
Para calcular a integral precisamos utilizar
cálculo diferencial e integral
24. Atividade 2
Mostre que a fórmula mais geral para
o trabalho da expansão de um gás,
no caso de pressão constante em
função do volume, fica reduzida ao
caso simples pΔV.
28. 1ª Lei da Termodinâmica
Conservação de Energia
Uma variação de Energia Interna do sistema
ocorre quando o sistema troca calor ou
realiza trabalho. Então: ΔE = Q – W
Significa que:
Sistema recebe calor ΔE será positiva
Sistema realiza trabalho ΔE será negativo
29. Casos particulares da 1ª Lei da
Termodinâmica
Processos Adiabáticos;
Processos a Volume Constante;
Processos Cíclicos.
30. Processo Adiabático
O sistema é isolado termicamente;
Então não há troca de calor.
ΔE = – W
Se realizar W perderá Energia interna
Se o W for realizado sobre o sistema, sua
energia interna aumentará.
31. Processos a Volume Constante
Como o volume do gás é constante não
realização de trabalho: W = 0
ΔE = Q
Neste caso o calor fornecido é o único
responsável pela variação da energia
interna.
32. Processos Cíclicos
O sistema após certas trocas de calor e
trabalho, volta ao seu estado inicial;
A Energia Interna não varia.
Q=W ΔE = 0
Os gráficos são sempre curvas fechadas.
33. Atividade 4
Um gás dentro de uma câmara passa pelo ciclo
mostrado na figura. Determine o calor total
trocado pelo sistema durante o processo CA, se
o calor QAB adicionado ao sistema durante o
processo AB for de 20 J, nenhum calor for
transferido durante o
processo BC e o trabalho
total realizado durante
o ciclo for de 15 J.