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Energia:“Capacidade de realizar trabalho”.
Formas de energia:- Cinética (movim. macroscópico, térmica, etc)- Potencial (elétrica, gravitacional, elástica, etc)
Matéria:“Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.”
Principais estados da matéria:Sólido, Líquido e gasoso.
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Gás
• Forma indefinida;
• Arranjo totalmentedesordenado;
• Volume indefinido;
• Partículas livres parase moverem.
Principais Estados da Matéria
Sólido
• Forma rígida;
• Arranjo compacto,ordenado;
• Volume definido;
• Movimentomolecular restrito.
Líquido
• Forma indefinida;
• Arranjo desordenado;
• Volume definido;
• Partículas movem-seumas entre as outras.
←
→
sfriaRe
Aquece
←
→
sfriaRe
Aquece
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Grandeza física que indica o estado (grau de agitação)das partículas de um corpo, caracterizando o seuestado térmico.
Temperatura: Noção intuitiva
T1T2
T1 > T2
T T
contato
T1 > Teq > T2
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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.
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Unidades de medida de calorcaloria – cal
Joule – J
British thermal unit – Btu
A caloria é definida como aquantidade de calor necessáriapara se elevar de 14,5°C para15,5°C uma quantidade de 1gde água.
O Btu é a quantidade de calor pra elevar 1 lbde água de 63°F para 64°F.
Joule - unidade adotada pelo SI para energia.
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Convenção para a Troca de calor
calor recebido
calor retirado
Q > 0
Q < 0
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Troca de CalorCorpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio.
0...321 =++++ nQQQQ
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.
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• Termodinâmica:Estuda as interações (trocas de energia) entre um
sistema e suas vizinhanças.
• Transferência de calor:Indica como ocorre e qual a velocidade com que ocalor é transportado.
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O que ocorre com a temperatura de um
corpo quando se transfere calor a ele??
A temperatura pode aumentar ou não.
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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 ∆T = m c ∆T
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].
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H2OBarra de
ferroCalores específicos
(a 25ºC e 1 atm) [J/(kg ºC]:
H2O = 4200; Gelo (0ºC) =2040
Etanol = 2400; Alumínio = 900;
Cobre = 390; Latão = 380;
Ferro = 450; Vidro = 840.
Calor específico e capacidade
calorífica
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Valores de c (25ºC e 1 atm)Calor Específico Calor Específico Molar
Substância cal/(g.K) J/(kg.K) J/(mol.K)Sólidos ElementaresChumboTungstênioPrataCobreAlumínio
0,03050,03210,05640,09230,215
128134236386900
26,524,825,524,524,4
Outros SólidosLatãoGranitoVidroGelo (-10°C)
0,0920,190,200,530
380790840
2.220
LíquidosMercúrioÁlcool etílicoÁgua do marÁgua doce
0,0330,580,931,00
1402.4303.9004.190
Fonte: Halliday
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Calor Latente
Quando o calor trocado é utilizado pela substância paramudar de estado físico, sem variação de temperatura esob pressão constante, ele é chamado de calor latente.
Ex.: fornecimento de calor à água fervente.
VAPORIZAÇÃO
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O calor latente de mudança de estado pode ser:
endotérmico (Q > 0): As transformações de fusão,vaporização e sublimação são endotérmicas pois amatéria precisa absorver calor.
exotérmico (Q < 0): As transformações de liquefação,solidificação e sublimação inversa são exotérmicas,pois a matéria precisa liberar calor.
Mudança de fase
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“Grandeza física que indica a direção e permite ocálculo da intensidade do fluxo de calor trocado entredois corpos”.
Temperatura (uma definição):
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Processos de Transferência de Calor
• Condução
• Convecção
• Radiação térmica
Condução Convecção Radiação térmica
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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.
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Condução de Calor
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Condução
A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula,somente através da agitação molecular e doschoques entre as moléculas do meio.
Calor
Condução de calor ao longo de uma barra.
Condução de calor ao longo de gás confinado.
T1 > T2
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Condução - Aplicações e conseqüências
• Conforto térmico corporal;
• Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes).
Por que os iglus são feitos de gelo?
k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC)
cp (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC)
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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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Na convecção natural, ou livre, o escoamento dofluido é induzido por forças de empuxo, que vem dediferenças de densidade causadas por variação detemperatura do fluido.
Convecção natural e forçada
Transporte natural de fluidos
Convecção natural
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Na convecção forçada o fluido é forçado a circularsobre a superfície por meios externos, como umabomba, um ventilador, ventos atmosféricos.
Convecção natural e forçada
Convecção forçada
Transporte forçadode fluidos
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Convecção - Aplicações e conseqüências
• Conforto ambiental;
• Refrigeração de circuitos elétricos.
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Irradiação ou radiação térmica
- Toda a matéria que se encontra a uma temperaturaacima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica.
- Não necessita de meio material para ocorrer,pois a energia é transportada por meio de ondaseletromagnéticas.
- É mais eficiente quando ocorre no vácuo.
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Radiação Térmica ou Irradiação
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Ondas eletromagnéticas
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Transmissão de calor por Radiação
Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bomemissor de radiação térmica e todo bom refletor é ummau emissor de radiação térmica.
Corpo negro é também o emissor ideal de radiação térmica (radiador ideal)!!!!
Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: fuligem (a = ε = 0,94).
Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: prata polida (a = ε = 0,02).
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Radiação Térmica - Aplicações
• Fonte alternativa de energia;
• Previsões meteorológicas baseiam-se nas emissões de infra-vermelho provenientes da terra.
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Processos de Transferência de Calor
Trocador de Calor
Os diferentes mecanismos detroca térmica ocorremsimultaneamente nas maisdiversas situações.