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BC0205Gustavo M. Dalpian
Expansão Térmica,Calor Específico e Calor
Latente
Expansão Térmica• Fenômeno físico: o volume de uma substância aumenta com o
aumento da temperatura
• Muito importante para aplicações em engenharia
• Deve ser levada em consideração na construção de edifícios, estradas, viadutos, na confecção de resinas para restauração dentária, funcionamento de motores a explosão, etc. ...
Lâmina bimetálica
Expansão Térmica: Origem Microscópica
Vibrações !!
A distância média entre os átomos aumenta com a temperatura
DefiniçõesExpansão Linear: ΔL = Lf – Li = αLi ΔT
Expansão Volumétrica ΔV = Vf – Vi = βVi ΔT
Expansão Superficial ΔA= Af – Ai = γΑi ΔT
β = 3α γ = 2α
Para deduzir as relações abaixo use, e.g. o caso superficial, ΔA = (x + i δx) (y + j δy) com δx=αxΔT e análogo para y. i e j sao vetores unitários, considere que i⋅j=0
Comportamento anômalo da água
Calor: DefiniçãoCalor é a quantidade de energia transferida entre o sistema e o seu ambiente quando existe um ΔT entre eles.
Ate o século XIX acreditava-se na existência do calórico, uma entidade elementar.
Podemos transferir calor para um sistema somente em duas situações bem definidas:
Quando existe uma diferença de temperatura e/ou; Quando realizamos trabalho sobre ele.
Calor: Definição
Sistema perde calor/energia
Não ha troca de calor
Sistema ganha calor/energia
Transferência de CalorCapacidade Calorífica: Quantifica a quantidade de calor transferida (de ou para) para o sistema.
Q = C ΔT
C define a proporcionalidade entre a quantidade de calor transferida e a variação de temperatura do corpo
Quais materiais possuem um C grande ?Quais possuem um C pequeno?
ΔT= Tfinal - Tinicial
Capacidade Calorífica
Calor EspecíficoQ=CM ΔT
Unidades ? cal/g K ≡ cal/g⋅C° ≡ J/kg⋅C°
Calor Específico Molar
Unidades ? cal/mol KQ=CM ΔT
1 mol = 6,02 X 1023 unidade elementares de qualquer substância
1 Cal aumenta a temperatura de 1g de água em 1°C de 14,5°C a 15,5 °C1 BTU aumenta a temperatura de 1lb de água em 1°F de 63°F a 64°F
Calor Específico
• SOLIDOS E LÍQUIDOS = Supomos que a amostra está sob pressão constante (geralmente atmosférica) durante a transferência.
O calor específico definido a volume constante definido e a pressão constante varia muito pouco para sólido e líquidos.
• GASES = Têm valores bem distintos para seus calores específicos (CV e CP).
Condições pre Definidas: V constante ou P constante
Calor de Transformação Calor de Transformação: É a quantidade de energia por unidade de massa transferida sob a forma de calor que resulta somente na mudança de fase de uma amostra.
Q = LmUnidades ? cal/g ≡ cal/g ≡ J/kg
Calor de fusão da água LF = 79,5 cal/g
Não há variação de temperatura durante a mudança de estadoDe acordo com nossa convenção
Fusão Q >0Solidificação Q < 0Vaporização Q > 0
ExercícioExercício 4: Que quantidade de calor deve ser absorvida por uma massa de gelo de 720g a –10oC para transformá-la em água líquida a 15oC? Esboce um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor Q para essa transformação. Se fornecermos ao gelo uma energia total de apenas 210kJ sob a forma de calor, quais são o estado e a temperatura final? Dados: calor de fusão do gelo 80cal/g, calor específico do gelo 0,5cal/g oC e calor específico da água 1cal/g oC.
Dependência com TEm geral, o calor específico pode variar conforme o intervalo de temperaturas em que se aquece ou resfria a substância, sendo portanto uma função da temperatura “c(T)”.
Considerando que a substância recebe uma quantidade infinitesimal dQ de energia, sua temperatura sofrerá uma variação infinitesimal dT e a capacidade térmica e o calor específico e se escrevem como:
A quantidade de energia transferida sob a forma de calor é: