Fenômenos Térmicos - Resumo para P1 PDF

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Resumo do conteúdo da P1 da disciplina Fenômenos Térmicos:
Temperatura e Teoria Cinética dos Gases
Energia: 1a Lei da Termodinâmica...

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RESUMO PARA P1 – FENOMÊNOS TÉRMICOS Temperatura e Teoria Cinética dos Gases 

Temperatura e a Lei Zero da Termodinâmica

Contato térmico: corpos que podem trocar energia uns com os outros por meio de calor ou radiação eletromagnética. Equilíbrio térmico: situação na qual dois corpos em contato térmico deixam de ter qualquer troca de energia. Lei Zero da termodinâmica: Se os corpos A e B estiverem separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si. Temperatura: propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio térmico com outros corpos. Dois corpos em equilíbrio térmico entre si estão na mesma temperatura. 

Termômetros e Escalas de Temperatura

Termômetro: dispositivos usados para medir temperatura. Comum: fluído (mercúrio ou álcool) que se expande em um tubo capilar de vidro quando sua temperatura aumenta. Propriedade física: volume de um fluido. Temperatura está relacionada com o comprimento da coluna do fluído. Escala Celsius: ponto de congelamento da água = 0°C Ponto de ebulição da água = 100 °C Termômetro de gás a volume constante: variação da pressão com a temperatura de um volume fixo de gás. Em todos os casos, não obstante o gás ou o valor da pressão inicial baixa, a pressão extrapolada vai a zera quando a temperatura é de -273,15 °C = ZERO ABSOLUTO. Escala Kelvin: -273,15°C = 0 K

Tc=T – 273,15 Difere da escala Celsius apenas na escolha do ponto zero. O tamanho de um grau na escala Kelvin é idêntico a um grau na escala Celsius. Escala Fahreinheit: temperatura de congelamento = 32 °F Ponto de vapor = 212°F

9 TF= Tc+32 ° F 5 9 ∆ TF= ∆TC 5 

Expansão térmica de sólidos e líquidos

Expansão térmica: quando a temperatura aumenta, o volume aumenta.

∆ L=αLi ∆ T ∆ V = βV i ∆ T =3 αVi ∆ T ∆ A=γA i ∆T =2αVi ∆ T



Descrição macroscópica de um gás ideal

Modelo do gás ideal, que é um conjunto de átomos ou moléculas que se movem aleatoriamente, não exercendo nenhuma força de longo alcance um sobre o outro, e ocupa uma fração insignificante do volume de seu recipiente. ❑

22

1 mol=6,022 x 10 moléculas=N A m amostra n= M M Massamolecular :m= NA Leide Boyle :T =constante ; ↑ P ;↓ V Leide Charlese Gay−Lu ssac : P=constante ; ↑ V ; ↓ T Leido G á s Ideal : PV =nRT Latm J =0,0821 (constante universal dos gases) R=8,315 molK mol K R (constante de Boltzmann) KB= NA 

Teoria cinética dos gases



O n° de moléculas no gás é grande e a separação entre elas é grande comparada com suas dimensões.  Leis do movimento de Newton.  Interagem somente por meio de forças de curto alcance durante colisões elásticas.  Fazem colisões elásticas com as paredes  Todas as moléculas são idênticas. Interpretação Molecular da pressão de um gás ideal:

P=

( )( 12 m v´ )

2 N 3 V

2

Interpretação Molecular da temperatura de um gás ideal:

T=

(

2 1 ´2 mv 3 Kb 2

)

( 12 m v´ ) é a energiaciné tica m é diadas mol é culas 2

Energia cinética translacional total:

Etotal = N

( 12 m v´ )=23 N K T = 32 nRT 2

b

Energia interna para gás monoatômico:

E∫ ¿ Etotal=

3 nRT 2

Velocidade média quadrática:

√

√

√

3 3 ´2 RT KbT = v mq = v = M m 

Distribuição das velocidades moleculares

√

3 K T =1,73 K B T v mq = v´ 2= m B m KB T 8 K B T =1,60 v´ = πm m

√

√

√

vm p =

√

√ √

K BT 2 K T =1,41 m B m

v mq >´v >v mp

Energia em Processos Térmicos: 1ª Lei da Termodinâmica 

Calor e energia interna

Energia interna: energia associada aos componentes microscópicos de um sistema – átomos e moléculas – quando visto a partir de um referencial em repouso em relação ao sistema. Calor: mecanismo pelo qual energia é transferida entre um sistema e seu ambiente por causa de uma diferença de temperatura entre eles. É também a quantidade de energia Q transferida por esse mecanismo. Unidades de calor: A caloria (cal) é o calor necessario para elevar a temperatura de 1g de água de 14,5°C para 15,5°C. 1 cal = 4,186 J 

c=

Calor específico

Q J ] [ m ∆ T kg °C

O calor específico da água é 4186 J/kg °C. Notar que se ∆ T >0=¿Q> 0 (energia flui para dentro do sistema) e (energia flui para fora do sistema) 

∆ T g) aparece como aumento de energia. A transferência de energia necessária para mudança de fase é: Q=± mL , onde L é calor latente. Cubo de gelo derrete: Q = mL Água liquida congelando: Q = – mL (remove energia da água) Calor latente de fusão para água: L =

5

3,33 x 10 J /kg Calor latente de vaporização para água: L = 2,26 x 106 J /kg



Trabalho em processos termodinâmicos

dW = F d x=− Fdy =− PAdy Vf

W =−∫ PdV Vi

O trabalho realizado sobre um gás em um processo quase-estático que leva o gás de um estado inicial para o estado final é o negativo da área embaixo da curva PV. A transferência de energia pelo calor, assim como o trabalho realizado, depende do processo seguido entre os estados inicial e final do sistema. 

Primeira Lei da Termodinâmica

∆ Eint =Q + W Processo adiabático: nenhuma energia entra ou sai do sistema por meio do calor, i.e., Q = 0 Acontece realizando um processo muito rapidamente: ∆ Eint =W Expansão livre: Q = 0 e W = 0 então ∆ Eint=0 Processo isobárico: ocorre a pressão constante O trabalho realizado sobre o gás é W =−P (Vf −Vi) Em um diagrama PV é uma linha horizontal. Processo isocórico: ocorre a volume constante Trabalho é nulo pois o volume não se altera: W = 0, logo ∆ Eint =Q Em um diagrama PV é uma linha vertical. Processo isotérmico: ocorre a temperatura constante Como a energia interna é função apenas da temperatura: ∆ Eint=0 e Q = – W Num processo isotérmico, PV = constante:

W =−nRT ln

Processo cíclico: se origina e termina no mesmo estado ∆ Eint=0 e Q = 0 O trabalho corresponde a área do ciclo.

( VfVi )...