Temperatura e Calor

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Temperatura e Calor

Temperatura e Calor
Conceito de calor.
Calorimetria.
Calor específico.
Transições de fase.
Transferência de calor.
Física B2 – 2012/02
Prof. Jair C. C. Freitas – Depto. de Física / UFES
Calor – definição calorimétrica
• Calor é “aquilo” que é transferido entre um sistema e suas
vizinhanças apenas em virtude da diferença de temperatura
entre o sistema e as vizinhanças.
• Paredes adiabáticas: não permitem a troca de calor.
• Paredes diatérmicas: permitem a troca de calor.
Heat and Thermodynamics, Zemansky
http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node11.html
Física B2 – 2012/02
Conceito de Calor – um pouco de história
• Teoria do Calórico: atribuía as alterações sofridas por corpos em contato
térmico à troca de um fluido (calórico), que passaria do corpo mais
quente para o mais frio.
Lavoisier (1783), Laplace (1816), Carnot (1824), ...
Teoria amplamente aceita no final do século XVIII (~1780)...
...mas seriamente questionada na metade do século XIX (~1850).
http://honolulu.hawaii.edu/distance/sci122/Programs/p21/p21.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Caloric
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• Benjamim
Thompson
(Conde
Rumford):
experimentos envolvendo a perfuração de canhões
com brocas (~1798).
O calor era produzido de forma ininterrupta,
Rumford (1753-1814)
enquanto os cavalos estavam trabalhando.
Mais calor era produzido quando a ferramenta
estava cega.
Como poderia o movimento dos cavalos produzir
um fornecimento inexaurível de calórico?
http://honolulu.hawaii.edu/distance/sci122/Programs/p21/p21.html
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• Benjamim Thompson (Conde Rumford):
“Qualquer coisa que qualquer corpo isolado ou
sistema de corpos pode continuar a fornecer
ilimitadamente, não tem possibilidade de ser uma
Rumford (1753-1814)
substância material; e me parece extremamente
difícil, se não totalmente impossível, formar qualquer
ideia clara de qualquer coisa, capaz de ser acionada
e transmitida da forma como o calor o foi nessas
experiências, a não ser que seja movimento.”
H. C. Von Bayer, A Física e o nosso mundo.
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• Esforços experimentais para comprovar a equivalência
entre trabalho e calor:
• Julius R. Von Mayer (1842).
• Ludwig A. Colding (~1843).
• James P. Joule (1843).
“On the existence of an equivalent relation between
heat and the ordinary forms of mechanical power”,
Philosophical Magazine, Series 3, Vol. XXVII, p. 205,
1845.
Joule (1818-1889)
http://www.eoearth.org/article/On_the_Mechanical_Equivalent_of_Heat_(historical)
http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_equivalent_of_heat
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O equivalente mecânico do calor
• Experimento de Joule (~1843):
Q
J=
W
“After reducing the result to the capacity
for heat of a pound of water, it appeared
that for each degree of heat evolved by
the friction of water a mechanical power
equal to that which can raise a weight of
890 lb. to the height of one foot had
been expended.”
http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_equivalent_of_heat
http://www.eoearth.org/article/On_the_Mechanical_Equivalent_of_Heat_(historical)
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Física II – Termondinâmica e Ondas
Sears | Zemansky | Young | Freedman
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• Definição de caloria: quantidade de calor necessária para aquecer 1 g de
água pura de 14,5 até 15,5 °C à pressão atmosférica (“caloria 15°C”).
• Medida de J ⇒ medida do calor específico da água.
• Caloria IT (International Table), adotada pela 5a Conferência Internacional
das Propriedades do Vapor (Londres, 1956):
• 1 cal = 4,1868 J.
Q
J=
W
http://www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/Si.pdf
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Calor versus trabalho
Trabalho de configuração
Calor
Físico-Química, Vol. 1, Atkins
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Calorimetria
diferencial inexata
massa
1 dQ
c=
m dT
Q = Cterm ∆T = mc∆T
calor específico
capacidade térmica
no de moles
Q = nC ∆T
calor específico molar
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massa molar
1 dQ
C=
= Mc
n dT
Calorimetria
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Calorimetria
Fundamentals of Materials Science and Engineering , Callister.
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Calor específico da água
Heat and Thermodynamics, Zemansky
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Calor específico dos sólidos
Lei de Dulong-Petit:
C ≅ 3R ≅ 25 J / mol.K
Ashcroft & Mermin, Solid State Physics, 1976.
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Prof.
IEFF Jair
– 2009/01
C. C. Freitas – Depto. de Física
Prof.
/ UFES
Jair C. C. Freitas
Calor específico dos sólidos
Lei de Dulong-Petit:
C ≅ 3R ≅ 25 J / mol.K
http://electrons.wikidot.com/debye-model-for-specific-heat
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IEFF Jair
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C. C. Freitas – Depto. de Física
Prof.
/ UFES
Jair C. C. Freitas
Calorimetria e transições de fase
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Calor de combustão
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/combst1.html
http://www.spacestationinfo.com/students-34-Combustion.html
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Calor de combustão
http://www.eoearth.org/article/Heat_of_combustion
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Transferência de calor – condução
dQ
TH − TC
H=
= kA
dt
L
corrente de calor
condutividade térmica
dQ
dT
H=
= − kA
dt
dx
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Condutividade térmica
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Condutividade térmica
Fundamentals of Materials Science and Engineering , Callister.
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Transferência de calor – convecção
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html#c3
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Transferência de calor – radiação
Lei de Stefan-Boltzmann:
Corpo negro: e = 1
Potência térmica líquida:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/stefan.html#c1
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Bibliografia e links sugeridos:
Física II – Termodinâmica e Ondas, H. D. Young & R. A. Freedman, 12a ed., Pearson,
2008.
Curso de Física Básica. Vol. 2 – Fluidos, Oscilações, Ondas e Calor, Moysés
Nussenzveig, Edgar Blücher, 1996.
Calor e Termodinâmica, M. W. Zemansky, 5a ed., Guanabara Dois, Rio de Janeiro,
1978.
“Termodinâmica, Teoria Cinética e Termodinâmica Estatística”, F. W. Sears & G. L.
Salinger. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1979.
A Física e o nosso mundo, Hans Christian von Baeyer, Elsevier, 2004.
Físico-Química, P. Atkins, J. de Paula, 7a ed, LTC Editora, 2003.
Ciência e Engenharia de Materiais – uma Introdução, W. D. Callister Jr., 7a edição. Rio
de Janeiro: LTC, 2008.
http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node14.html.
http://honolulu.hawaii.edu/distance/sci122/Programs/p21/p21.html.
http://www.eoearth.org/article/Heat_of_combustion.
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