Termologia

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### Temperatura e Escalas Termométricas - **Temperatura:** Grandeza física que mede o grau de agitação das moléculas de um corpo. - **Escalas Termométricas:** - **Celsius (°C):** Ponto de fusão da água 0°C, ponto de ebulição 100°C. - **Fahrenheit (°F):** Ponto de fusão da água 32°F, ponto de ebulição 212°F. - **Kelvin (K):** Escala absoluta, 0K = -273,15°C (zero absoluto). - **Conversões:** - $$ \frac{C}{5} = \frac{F - 32}{9} = \frac{K - 273,15}{5} $$ ### Dilatação Térmica Aumento das dimensões de um corpo devido ao aumento de sua temperatura. - **Linear:** $\Delta L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T$ - $L_0$: comprimento inicial - $\alpha$: coeficiente de dilatação linear - $\Delta T$: variação de temperatura - **Superficial:** $\Delta A = A_0 \cdot \beta \cdot \Delta T$ - $A_0$: área inicial - $\beta$: coeficiente de dilatação superficial ($\beta \approx 2\alpha$) - **Volumétrica:** $\Delta V = V_0 \cdot \gamma \cdot \Delta T$ - $V_0$: volume inicial - $\gamma$: coeficiente de dilatação volumétrica ($\gamma \approx 3\alpha$) ### Calor Energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura. - **Calor Sensível:** Causa variação de temperatura sem mudança de estado físico. - $$ Q = m \cdot c \cdot \Delta T $$ - $Q$: quantidade de calor - $m$: massa - $c$: calor específico - $\Delta T$: variação de temperatura - **Calor Latente:** Causa mudança de estado físico sem variação de temperatura. - $$ Q = m \cdot L $$ - $L$: calor latente (fusão, vaporização, etc.) ### Capacidade Térmica e Calor Específico - **Capacidade Térmica (C):** Quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo em 1°C (ou 1K). - $$ C = m \cdot c $$ ou $$ C = \frac{Q}{\Delta T} $$ - **Calor Específico (c):** Quantidade de calor necessária para variar a temperatura de 1g de uma substância em 1°C (ou 1K). - Unidade comum: $cal/(g \cdot °C)$ ou $J/(kg \cdot K)$ ### Mudanças de Estado Físico - **Fusão/Solidificação:** Sólido $\rightleftharpoons$ Líquido - **Vaporização/Condensação:** Líquido $\rightleftharpoons$ Gás - Vaporização pode ser por evaporação, ebulição ou calefação. - **Sublimação/Ressublimação:** Sólido $\rightleftharpoons$ Gás ### Propagação de Calor - **Condução:** Transferência de calor por contato direto, principalmente em sólidos. - Lei de Fourier: $$ \frac{Q}{\Delta t} = k \cdot A \cdot \frac{\Delta T}{L} $$ - $k$: condutividade térmica - $A$: área - $L$: espessura - **Convecção:** Transferência de calor por movimento de fluidos (líquidos e gases). - Ex: correntes de convecção na água ou no ar. - **Radiação:** Transferência de calor por ondas eletromagnéticas, não necessita de meio material. - Lei de Stefan-Boltzmann: $$ P = \epsilon \cdot \sigma \cdot A \cdot T^4 $$ - $\epsilon$: emissividade - $\sigma$: constante de Stefan-Boltzmann - $T$: temperatura absoluta ### Termodinâmica - **Primeira Lei da Termodinâmica:** Conservação da energia. - $$ \Delta U = Q - W $$ - $\Delta U$: variação da energia interna - $Q$: calor trocado (positivo se recebido, negativo se cedido) - $W$: trabalho realizado pelo sistema (positivo se o sistema expande, negativo se o sistema é comprimido) - **Pontos importantes para prova docente:** Entender a relação entre calor, trabalho e energia interna. Saber aplicar em transformações isobáricas, isocóricas, isotérmicas e adiabáticas. - **A Primeira Lei em diferentes processos:** - **Processo Isobárico (Pressão Constante):** - Ocorre variação de volume e temperatura. - Trabalho: $W = P \cdot \Delta V$ - Primeira Lei: $\Delta U = Q - P \cdot \Delta V$ - **Processo Isocórico (Volume Constante):** - Não há variação de volume, logo não há trabalho realizado ($W=0$). - Primeira Lei: $\Delta U = Q$ (Todo o calor trocado é usado para variar a energia interna). - **Processo Isotérmico (Temperatura Constante):** - Para um gás ideal, a energia interna depende apenas da temperatura, então $\Delta U = 0$. - Primeira Lei: $Q = W$ (Todo o calor trocado é convertido em trabalho). - Trabalho para gás ideal: $W = nRT \ln\left(\frac{V_f}{V_i}\right)$ - **Processo Adiabático (Sem Troca de Calor):** - Não há troca de calor com o ambiente ($Q=0$). - Primeira Lei: $\Delta U = -W$ (O trabalho é realizado às custas da energia interna ou vice-versa). - **Segunda Lei da Termodinâmica:** Direção dos processos térmicos e conceito de entropia. - O calor flui espontaneamente de corpos quentes para corpos frios (Enunciado de Clausius). - Não é possível converter integralmente calor em trabalho; é impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, converta todo o calor recebido em trabalho (Enunciado de Kelvin-Planck). - **Entropia (S):** Medida da desordem ou aleatoriedade de um sistema. A entropia de um sistema isolado tende a aumentar. - **Variação de Entropia para Processos Reversíveis:** - $$ dS = \frac{\delta Q_{rev}}{T} $$ - Para um processo finito: $$ \Delta S = \int \frac{\delta Q_{rev}}{T} $$ - **Variação de Entropia para Processos Irreversíveis em Sistema Isolado:** - $$ \Delta S_{total} \ge 0 $$ (o que implica que a entropia do universo sempre aumenta ou permanece constante, sendo igual a zero apenas para processos reversíveis) - **Pontos importantes para prova docente:** Conhecer os enunciados de Kelvin-Planck e Clausius. Compreender a irreversibilidade dos processos naturais e o conceito de entropia. - **Máquinas Térmicas:** Dispositivos que convertem calor em trabalho. - Operam em ciclos, absorvendo calor de uma fonte quente ($Q_Q$) e rejeitando para uma fonte fria ($Q_F$). - **Ciclo de Carnot:** Ciclo teórico mais eficiente, serve como limite superior para o rendimento de qualquer máquina térmica. - **Pontos importantes para prova docente:** Identificar os componentes de uma máquina térmica (fonte quente, fonte fria, substância de trabalho). Entender o funcionamento básico e a importância do ciclo de Carnot. - **Rendimento ($\eta$):** Eficiência da máquina térmica. - $$ \eta = \frac{W}{Q_Q} = 1 - \frac{Q_F}{Q_Q} $$ - $W$: trabalho realizado - $Q_Q$: calor absorvido da fonte quente - $Q_F$: calor rejeitado para a fonte fria - Rendimento de Carnot (máximo): $$ \eta_C = 1 - \frac{T_F}{T_Q} $$ (temperaturas em Kelvin) - **Pontos importantes para prova docente:** Saber calcular o rendimento e comparar com o rendimento de Carnot, explicando suas implicações.