Termodinâmica
A Termodinâmica é a parte da Física Clássica que estuda os sistemas térmicos, os processos de transformações físicas que ocorrem em tais sistemas, bem como as trocas de energia, calor e o trabalho mecânico.
Temperatura
Temperatura e calor são grandezas básicas no estudo da termofísica e tanto a sua compreensão como a sua perfeita distinção são de importância vital para o entendimento de toda a termofísica. De maneira simplificada pode-se definir que temperatura como uma grandeza que permite avaliar o nível de agitação das moléculas de um corpo. De acordo com a teoria cinética dos gases, as moléculas de um gás movem-se livre e desordenadamente em seu interior, separadas umas das outras, e apenas interagindo entre si durante colisões eventuais. A medida que se aquece o gás, a velocidade com que suas moléculas se movem aumenta, caracterizando um aumento na energia cinética dessas moléculas, da mesma forma um resfriamento do gás provoca a diminuição da velocidade e da energia cinética de suas moléculas. Como a velocidade e conseqüentemente a energia cinética de cada átomo que constitue uma molécula não é a mesma, o estado térmico de um corpo é avaliado pela energia cinética média de seus átomos: quanto maior for a energia cinética média das partículas que compõem um corpo, maior será a sua temperatuta.
Calor
Colocando dois corpos de temperaturas diferentes em contato térmico, observamos o mais quente esfriar e o mais frio esquentar. O corpo mais quente perde calor e o corpo mais frio ganha calor. Os corpo trocarão calor até a atingirem a mesma temperatura, neste caso estarão em equilíbrio térmico. Essa é a chamada lei zero da Termodinâmica.
Portanto o calor é a energia em trânsito do corpo mais quente para o corpo mais frio por causa da diferença de temperatura dos corpos em contato térmico. Então, a unidade de medida de calor é a mesma unidade de energia.
No Sistema Internacional, a unidade de energia é o joule ou , e na Química se usa a caloria ou . A equivalência entre as unidades é:
Escalas Termométricas
Dentre os diversos tipos, estudaremos as escalas termométricas a partir do termômetro de mercúrio, o mais simples e comum. É constituído de uma haste oca de vidro, ligada a um bulbo contendo mercúrio. Ao ser colocado em contato com um corpo ou ambiente cuja temperatura se quer medir, o mercúrio se dilata ou contrai, de forma que cada comprimento de sua coluna corresponde a um valor de temperatura. A parede da haste é graduada convenientemente, para indicar a temperatura correspondente a cada comprimento da coluna de mercúrio.
As escalas termométricas mais importantes são a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin, e são atribuídos aos pontos fixos (ponto de fusão e ponto de ebulição da água ), os valores abaixo:
Figura 19.1: Os pontos de referência nas diferentes escalas.
Conversão de Temperaturas
Embora usualmente se empregue o grau celsius ( ) como unidade prática de temperatura, a conversão entre escalas é muito importante, pois o kelvin é a unidade de temperatura do SI, e o grau fahrenheit ( ) ainda é bastante utilizado em livros e filmes de língua inglesa. A relação entre as escalas termométricas pode ser obtida facilmente através de proporções matemáticas. Imagine-se três termômetros de construção idêntica, cada um graduado em uma das escalas (Celsius , Fahrenheit e Kelvin), em equilíbrio térmico com um mesmo corpo. Obviamente, os três termômetros estarão indicando o mesmo estado térmico e, portanto, apresentarão as colunas de mercúrio no mesmo nível. Observando-se os pontos fixos já definidos para cada escala, e chamando de , e , as temperaturas do corpo nas escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, respectivamente, podem-se estabelecer as proporções:
logo:
Observe que ambas as escalas Celsius e Kelvin são centígradas, pois o intervalo e calibração (do ponto de fusão do gelo ao de ebulição da água) é dividido em 100 graus, ou 100 partes. Na escala Fahrenheit, este intervalo é subdividido em 180 partes (graus frahrenheit).
Intervalos de Temperatura
Converter temperaturas de uma escala para a outra não é o mesmo que converter intervalos de temperatura entre as escalas. Exemplo, um intervalo de temperatura de corresponde, na escala absoluta (ou Kelvin) a um intervalo de , e na escala Fahrenheit, o intervalo correspondente será de , pois para cada grau celsius, temos 1,8 grau fahrenheit.
A menor temperatura que existe na natureza é o chamado zero absoluto ou seja, . Por isso a escala Kelvin é dita absoluta. Nas outras escalas, os zeros foram escolhidos arbitrariamente, não levando em conta a possibilidade de haver uma menor temperatura possível na natureza, o que só foi descoberto depois da criação das primeiras escalas térmicas.
Pense um Pouco!
Qual a temperatura normal do corpo humano, em ?
A temperatura ideal da cerveja é em torno de , antes de beber. Se dispomos apenas de um termômetro com escala Kelvin, qual a temperatura absoluta correspondente ao mesmo estado térmico da cerveja ideal?
Exercícios de Aplicação
1. Ao tomar a temperatura de um paciente, um médico só dispunha de um termômetro graduado na escala Fahrenheit. Se o paciente estava com febre de , a leitura feita pelo médico no termômetro por ele utilizado foi de : a) b) c) d) e)
2. (URCAMP-SP) No interior de um forno, um termômetro Celsius marca . Um termômetro Fahrenheit e um Kelvin marcariam na mesma situação, respectivamente: a) e b) e c) e d) e e) nenhuma resposta é correta
3. (ACAFE) Uma determinada quantidade de água está a uma temperatura de . Essa temperatura corresponde a: a) b) c) d) e)
Exercícios Complementares
4. (UEL) Um termômetro foi graduado, em graus Celsius, incorretamente. Ele assinala para o gelo em fusão e para a água em ebulição, sob pressão normal. Pode-se afirmar que a única temperatura que esse termômetro assinala corretamente, em graus Celsius é: a) 12 b) 49 c) 75 d) 25 e) 64
5. (CENTET-BA) Num termômetro de escala , correspondem a , da escala Celsius, e correspondem a , na escala Fahrenheit. Esse termômetro apresentará, para a fusão do gelo e a ebulição da água, os respectivos valores, em : a) 0 e 60 b) 0 e 80 c) 20 e 60 d) 20 e 80 e) 60 e 80
6. (PUC) Uma revista científica publicou certa vez um artigo sobre o planeta Plutão que, entre outras informações, dizia ``...sua temperatura atinge ...''. Embora o autor não especificasse a escala termométrica utilizada, certamente se refere à escala: a) Kelvin b) Celsius c) Fahrenheit d) Kelvin ou Celsius e) Fahrenheit ou Celsius
Exercícios Resolvidos
1. (UESC-BA) Na embalagem de um produto existe a seguinte recomendação: "Manter a -4° C".Num país em que se usa a escala Fahrenheit, a temperatura correspondente à recomendada é:a) -39,2°Fb) -24,8°Fc) 24,8°Fd) 39,2°Fe) 40,2°FRESOLUÇÃO:RESPOSTA: C2. (ITA-SP) - Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou sua própria escala linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de O (zero) e 10 (dez) correspondem, respectivamente, a 37°C e 40°C. A temperatura de mesmo valor numérico em ambas escalas é aproximadamente:a) 52,9 ºCb) 28,5 ºCc) 74,3 ºCd) - 8,5 ºCe) - 28,5 ºC
RESOLUÇÃO:Comparando-se as escalas, temos:Fazendo-se θX - θC = θ, vem:
A Termodinâmica é a parte da Física Clássica que estuda os sistemas térmicos, os processos de transformações físicas que ocorrem em tais sistemas, bem como as trocas de energia, calor e o trabalho mecânico.
Temperatura
Temperatura e calor são grandezas básicas no estudo da termofísica e tanto a sua compreensão como a sua perfeita distinção são de importância vital para o entendimento de toda a termofísica. De maneira simplificada pode-se definir que temperatura como uma grandeza que permite avaliar o nível de agitação das moléculas de um corpo. De acordo com a teoria cinética dos gases, as moléculas de um gás movem-se livre e desordenadamente em seu interior, separadas umas das outras, e apenas interagindo entre si durante colisões eventuais. A medida que se aquece o gás, a velocidade com que suas moléculas se movem aumenta, caracterizando um aumento na energia cinética dessas moléculas, da mesma forma um resfriamento do gás provoca a diminuição da velocidade e da energia cinética de suas moléculas. Como a velocidade e conseqüentemente a energia cinética de cada átomo que constitue uma molécula não é a mesma, o estado térmico de um corpo é avaliado pela energia cinética média de seus átomos: quanto maior for a energia cinética média das partículas que compõem um corpo, maior será a sua temperatuta.
Calor
Colocando dois corpos de temperaturas diferentes em contato térmico, observamos o mais quente esfriar e o mais frio esquentar. O corpo mais quente perde calor e o corpo mais frio ganha calor. Os corpo trocarão calor até a atingirem a mesma temperatura, neste caso estarão em equilíbrio térmico. Essa é a chamada lei zero da Termodinâmica.
Portanto o calor é a energia em trânsito do corpo mais quente para o corpo mais frio por causa da diferença de temperatura dos corpos em contato térmico. Então, a unidade de medida de calor é a mesma unidade de energia.
No Sistema Internacional, a unidade de energia é o joule ou , e na Química se usa a caloria ou . A equivalência entre as unidades é:
Escalas Termométricas
Dentre os diversos tipos, estudaremos as escalas termométricas a partir do termômetro de mercúrio, o mais simples e comum. É constituído de uma haste oca de vidro, ligada a um bulbo contendo mercúrio. Ao ser colocado em contato com um corpo ou ambiente cuja temperatura se quer medir, o mercúrio se dilata ou contrai, de forma que cada comprimento de sua coluna corresponde a um valor de temperatura. A parede da haste é graduada convenientemente, para indicar a temperatura correspondente a cada comprimento da coluna de mercúrio.
As escalas termométricas mais importantes são a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin, e são atribuídos aos pontos fixos (ponto de fusão e ponto de ebulição da água ), os valores abaixo:
Figura 19.1: Os pontos de referência nas diferentes escalas.
Conversão de Temperaturas
Embora usualmente se empregue o grau celsius ( ) como unidade prática de temperatura, a conversão entre escalas é muito importante, pois o kelvin é a unidade de temperatura do SI, e o grau fahrenheit ( ) ainda é bastante utilizado em livros e filmes de língua inglesa. A relação entre as escalas termométricas pode ser obtida facilmente através de proporções matemáticas. Imagine-se três termômetros de construção idêntica, cada um graduado em uma das escalas (Celsius , Fahrenheit e Kelvin), em equilíbrio térmico com um mesmo corpo. Obviamente, os três termômetros estarão indicando o mesmo estado térmico e, portanto, apresentarão as colunas de mercúrio no mesmo nível. Observando-se os pontos fixos já definidos para cada escala, e chamando de , e , as temperaturas do corpo nas escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, respectivamente, podem-se estabelecer as proporções:
logo:
Observe que ambas as escalas Celsius e Kelvin são centígradas, pois o intervalo e calibração (do ponto de fusão do gelo ao de ebulição da água) é dividido em 100 graus, ou 100 partes. Na escala Fahrenheit, este intervalo é subdividido em 180 partes (graus frahrenheit).
Intervalos de Temperatura
Converter temperaturas de uma escala para a outra não é o mesmo que converter intervalos de temperatura entre as escalas. Exemplo, um intervalo de temperatura de corresponde, na escala absoluta (ou Kelvin) a um intervalo de , e na escala Fahrenheit, o intervalo correspondente será de , pois para cada grau celsius, temos 1,8 grau fahrenheit.
A menor temperatura que existe na natureza é o chamado zero absoluto ou seja, . Por isso a escala Kelvin é dita absoluta. Nas outras escalas, os zeros foram escolhidos arbitrariamente, não levando em conta a possibilidade de haver uma menor temperatura possível na natureza, o que só foi descoberto depois da criação das primeiras escalas térmicas.
Pense um Pouco!
Qual a temperatura normal do corpo humano, em ?
A temperatura ideal da cerveja é em torno de , antes de beber. Se dispomos apenas de um termômetro com escala Kelvin, qual a temperatura absoluta correspondente ao mesmo estado térmico da cerveja ideal?
Exercícios de Aplicação
1. Ao tomar a temperatura de um paciente, um médico só dispunha de um termômetro graduado na escala Fahrenheit. Se o paciente estava com febre de , a leitura feita pelo médico no termômetro por ele utilizado foi de : a) b) c) d) e)
2. (URCAMP-SP) No interior de um forno, um termômetro Celsius marca . Um termômetro Fahrenheit e um Kelvin marcariam na mesma situação, respectivamente: a) e b) e c) e d) e e) nenhuma resposta é correta
3. (ACAFE) Uma determinada quantidade de água está a uma temperatura de . Essa temperatura corresponde a: a) b) c) d) e)
Exercícios Complementares
4. (UEL) Um termômetro foi graduado, em graus Celsius, incorretamente. Ele assinala para o gelo em fusão e para a água em ebulição, sob pressão normal. Pode-se afirmar que a única temperatura que esse termômetro assinala corretamente, em graus Celsius é: a) 12 b) 49 c) 75 d) 25 e) 64
5. (CENTET-BA) Num termômetro de escala , correspondem a , da escala Celsius, e correspondem a , na escala Fahrenheit. Esse termômetro apresentará, para a fusão do gelo e a ebulição da água, os respectivos valores, em : a) 0 e 60 b) 0 e 80 c) 20 e 60 d) 20 e 80 e) 60 e 80
6. (PUC) Uma revista científica publicou certa vez um artigo sobre o planeta Plutão que, entre outras informações, dizia ``...sua temperatura atinge ...''. Embora o autor não especificasse a escala termométrica utilizada, certamente se refere à escala: a) Kelvin b) Celsius c) Fahrenheit d) Kelvin ou Celsius e) Fahrenheit ou Celsius
Exercícios Resolvidos
1. (UESC-BA) Na embalagem de um produto existe a seguinte recomendação: "Manter a -4° C".Num país em que se usa a escala Fahrenheit, a temperatura correspondente à recomendada é:a) -39,2°Fb) -24,8°Fc) 24,8°Fd) 39,2°Fe) 40,2°FRESOLUÇÃO:RESPOSTA: C2. (ITA-SP) - Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou sua própria escala linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de O (zero) e 10 (dez) correspondem, respectivamente, a 37°C e 40°C. A temperatura de mesmo valor numérico em ambas escalas é aproximadamente:a) 52,9 ºCb) 28,5 ºCc) 74,3 ºCd) - 8,5 ºCe) - 28,5 ºC
RESOLUÇÃO:Comparando-se as escalas, temos:Fazendo-se θX - θC = θ, vem:
Nenhum comentário:
Postar um comentário