Termodinâmica Calor e a Primeira Lei da termodinâmica.

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Termodinâmica Calor e a Primeira Lei da termodinâmica

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TermodinâmicaCalor e a Primeira Lei da termodinâmica

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IntroduçãoCalor Se pegarmos uma lata de refrigerante e colocarmos sobre a mesa da cozinha, sua temperatura aumentará até que o equilíbrio térmico seja alcançado.

Por sua vez se pegarmos uma panela quente e a colocarmos sobre a mesa a sua temperatura diminuirá até que o equilíbrio térmico também seja alcançado.

Temos a seguinte situção:a) a cozinha será considerada o ambiente.b) A lata de refrigerante ou a panela quente o sistema.

Observação: se A temperatura do sistema irá mudar até que o equilíbrio térmico seja alcançado.A mudança de temperatura deve-se à troca de energia entre o ambiente e o sistema. Esta energia é a energia interna (ou energia térmica).

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A energia térmica corresponde à soma das energias cinética e potencial, associadas aos movimentos aleatórios dos átomos, moléculas e outros corpos que fazem parte do sistema. A energia interna transferida é chamada de calor. Seu simbolo é Q. Convenção:a) O calor é positivo quando a energia interna é transferida

do ambiente (A) para para o sistema (S).b) O calor é negativo quando a energia intena é transferida

do sistema (S) para o ambiente (A).

𝑸¿𝑸 (−)A S

A

S

𝑇 𝑆>𝑇 𝐴 𝑇 𝐴>𝑇 𝑆

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Medindo o calorAntes da descoberta de que o calor é energia transferida, ele era medido em função da sua capacidade de aumentar a temperatura da água., ou seja, uma “caloria’’ é a quantidade de ccalor necessário para elevar a temperatura de 1g da água de 14,5 ˚C para 15,5 ˚C.

Obs:Uma BTU, british thermal unit, é a quantidade calor necessária para elevar 1 libra de água de 63˚F para 64 ˚F

Em 1948, a comunidade científica definiu que o calor deveria ser expresso em unidades de energia. Assim 1 cal= 4,1860 J exatamente e sem referência ao aquecimento da água.

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Capacidade Calorífica

A capacidade calorífica de um corpo ou objeto é uma constante de proporcionalidade entre o calor e a variação de temperatura que esta mesma quantidade de calor produzida no corpo.

𝑄=𝐶 (∆𝑇 )=𝐶 (𝑇 𝑓 −𝑇 𝑖)

Calor específicoA capacidade calorífica de um corpo, C, depende da quantidade de nassa do corpo. Portanto é conveniente usarmos uma quantidade calorífica específica ou C/m, que é referida a uma unidade de massa do corpo.

𝑄=𝑐𝑚 (∆𝑇 ) ∴𝑐=𝐶 /𝑚

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Calores Específicos de algumas substâncias à Temperatura Ambiente

Substância Calor específico Calor específico molar

Sólido cal/g.˚C J/Kg.K J/mol.KChumbo 0,0305 128 26,5Prata 0,0564 236 24,8Cobre 0,0564 386 24,5

LíquidoÁgua doce 1,00 4,190Água salgada 0,93 3,900

Outros materiaisLatão 0,092 380Vidro 0,20 840

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Calor de transformaçãoQuando o calor é absorvido ou cedido por um sólido, líquido ou gás a temperatura do corpo não necessariamente varia. Neste caso temos uma transição de fase. O corpo muda o seu estado físico de uma fase para outra.

Por exemplo o gelo ao derreter absorvendo calor, e a água ferver sem mudança de temperatura. Neste caso temos o calor de transformação L.

Calores de transformaçãoT(fusão)

Calor de Fusão

T(ebulição)

Calor de Vaporização

Substância

(K) (kJ/kg) (K) (kJ/kg)

Água 273 333 373 2256Prata 1235 105 2323 2336Mercúrio 234 11,4 630 296

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A primeira Lei da TermodinâmicaO fluxo de calor é uma das maneiras pela qual um sistema pode ganhar ou perder energia para o ambiente ou vizinhança. Mas existe também uma outra maneira que é quando o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança mas não há fluxo de calor. Quando o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança dizemos que este trabalho é positivo. Quando a vizinhança realiza trabalho sobre o sistema dizemos que este trabalho é negativo.Assim:a) b)

Se considerarmos que simultaneamente nestes processos há troca de calor entre a vizinhança e o sistema e trabalho pode ser realizado temos:

Obs: a variação de energia interna não depende do tipo de processo que ocorre entre o sistema e a vizinhança

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Exemplos de Processos casos especiais

Primeira Lei da Termodinâmica: casos especiais

Processo Restrição ResultadoAdiabáticoVolume constanteCiclo fechadoExpansão livre

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Processo Adiabático

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Iso Volumétrico

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Expansão livre

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Tranferência de calorConvecçãoÉ o processo no qual o calor é levado de um lugar para outro através do movimento de camadas de um fluido.

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Condução de calorNo proceso de condução de calor não há movimento de material tomando parte no processo de tranferência.

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Radiação