Termodinâmica
• Lei Zero da Termodinâmica: Se A está em equilíbrio com C e B está em equilíbrio com C. Logo, A e B estão em equilíbrio.
• Temperatura: Medida do grau de agitação médio das moléculas.
• Energia Térmica: Energia cinética das moléculas em movimento. Depende da agitação térmica e varia de acordo com a massa do corpo.
• Energia Interna: soma das energias cinéticas e potencial (geradas pelo movimento ou vibração) de todas as partículas que constituem o sistema.
• Calor: Energia térmica em trânsito.
• Modelo Cinético-Molecular de Joule: Quanto maior a temperatura, maior a agitação dos átomos ou moléculas que constituem o objeto, ou seja, maior a energia cinética média de suas partículas.
• Termometria: Estudo da temperatura, sua medida e escalas termométricas.
→Temperatura pode ser medida em Celsius (ºC), Fahrenheit (ºF) ou Kelvin (K).
Dilatação Térmica
• Corpo pode passar a ocupar mais espaço quando sua temperatura aumenta:
Quando fornecemos energia térmica (aumento de temperatura), as partículas aumentam seu grau de agitação, podendo aumentar a distância entre si.
• Quando resfriamos um corpo, a agitação diminui e as moléculas tendem a ficar mais próximas umas das outras, e o corpo pode sofrer contração.
• Dilatação térmica depende de 3 variáveis: tamanho do corpo, tipo de material e variação de temperatura do corpo. Pode ser linear, superficial ou volumétrica.
• Dilatação Linear: ΔL = L0.α.ΔT
→Dimensão Final: L = L0 (1 + α.ΔT)
→L0 =comprimento inicial
→α =coeficiente de dilatação
→ΔT =variação de temperatura
→Usada quando queremos somente a dilatação de comprimento (aresta de um cubo, raio de um disco...).
→Quando o comprimento do corpo é muito maior que a espessura e a largura.
• Dilatação Superficial: ΔA = A0.β.ΔT
→Dimensão Final: A = A0 (1 + β.ΔT).
→A0 = área inicial.
→β = 2α = coeficiente de dilatação superficial.
→Superfície de um objeto é maior, comparada a espessura (Placas, Ruas…).
• Dilatação Volumétrica: ΔV = V0.γ.ΔT
→Dimensão Final: V = V0 (1 + γ.ΔT)
→V0 = volume inicial.
→γ = 3α = coeficiente de dilatação volumétrica.
→Quando queremos a dilatação do volume do corpo.
• Dilatação Volumétrica em líquido
→ΔV real = ΔV aparente + ΔV recipiente ou γ real = γ aparente + γ recipiente.
• Líquido que transborda para fora do recipiente = ΔV aparente.
• Superfícies perfuradas: quando dilatadas, apresentam comportamento igual ao das superfícies não perfuradas quando dilatadas.
• Corpos Ocos: se dilatam como se eles fossem maciços.
• Lâminas Bimetálicas: 2 lâminas de materiais diferentes (coeficientes de dilatação diferentes). Quando aquecidas, a lâmina se curva. Quem tiver o maior coeficiente vai se dilatar, ou contrair, mais com ΔT.
• Dilatação Anômala da Água: Um líquido sujeito ao aumento de temperatura geralmente se dilata, mas a água, ao ser aquecida, no intervalo de 0ºC a 4ºC, ao invés de se dilatar, ela se contrai. Porém acima de 4ºC, ela se dilata.
Calorimetria
• Capacidade Térmica (C): A razão entre a quantidade de calor recebida (Q) e sua variação de temperatura (ΔT).
→Em cal/ºC ou J/K.
• Sistema Isolado: ΣQ recebido + ΣQ cedido = 0.
• Calor Específico (c): Quantidade de calor (Q) que 1 unidade de massa (m) de uma substância deve receber para variar sua temperatura (T) em 1 unidade.
→“c” em cal/gºC ou J/kgK.
• Calor Latente (L): Quantidade de Calor (Q) que 1 unidade de massa (m) de uma substância deve receber ou ceder para mudar de estado físico.
→Aumento de temperatura se deve ao ganho de energia térmica, que aumenta a agitação das partículas, as afastando. Quando o arranjo da força intermolecular que mantém partículas unidas é alterado, ocorre a mudança de estado físico.
→Q = m.L
→“L” em cal/g ou J/kg.
• Potência:
→Em J/s (4,1868 cal = 1 J).
→Fluxo de calor (Q), para provocar variação de temperatura ou de estado físico, em função do tempo, é denominado potência.
• Pressão e Temperatura: influenciam a temperatura de fusão e de ebulição.
• Dilatação: quando a temperatura de um líquido aumenta, ele dilata.
→A água, de 0 - 4ºC, ao ser aquecida, se contrai.
Transferência de Calor
• Equilíbrio Térmico: Calor flui espontaneamente de um corpo de maior temperatura para um de menor t. até que ambos atinjam a mesma temperatura.
→Entre corpos em equilíbrio não há calor.
→Medido em Joules (J) e calorias (cal).
→1 cal = 4,186 J
→Troca de energia por condução, convecção ou irradiação
• Condução: troca de calor por contato. Em sólidos, líquidos e gases.
→A propriedade de um material de conduzir calor é chamada condutividade térmica, medido por Q⁄ΔT.
• Convecção: troca de calor por diferença de densidade. Em líquidos e gases.
→Movimento de massas com diferentes temperaturas e densidades.
→Ar quente flui para cima e ar frio flui para baixo.
→Aquecedor instalado na parte inferior, pois o ar aquecido sobe e o ar frio ocupa seu lugar (baixo), e é aquecido, gerando correntes de convecção, aquecendo o ambiente.
• Irradiação: troca de calor por ondas eletromagnéticas.
→Corpos têm suas partículas em constante movimento, independentemente da temperatura. A agitação faz que essas partículas emitam radiação eletromagnética em uma faixa de infravermelho (abaixo da luz visível). Por meio dessa radiação (irradiação térmica), que o calor do sol chega a Terra.
→Se propaga no vácuo, não precisando de meio para se propagar.
→Aumento da radiação é associado ao material e a cor: Quanto mais escuro for o objeto, maior absorção de calor ocorrerá. Quanto mais claro, maior será a reflexão e menor será a quantidade de calor absorvido.
• Soma das energias trocadas sempre será 0 para um sistema isolado.
• Para ocorrer transferência de calor, deve haver uma diferença de temperatura entre os 2 corpos, ou entre 2 regiões dos corpos.
Estados Físicos da Matéria
• Ocorrem mudanças na agitação e nas interações intermoleculares, estas que determinam o estado de agregação entre as partículas que constituem um corpo, ou seja, o estado físico.
Fonte: CERICATO, Lauri. et al. Revisão Anual de Física - Módulo 2. São Paulo, SP: Editora FTD, 2018.
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