2. TRANSMISSÃO DE CALOR Denomina-se transmissão de calor à passagem da energia térmica de um local para outro. Essa transmissão pode ocorrer de três formas diferentes: por condução, por convecção e por radiação.
3. TRANSMISSÃO DE CONDUÇÃO A energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente. Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de calor. Portanto: A condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).
4. TRANSMISSÃO DE CONVECÇÃO A convecção se constitui de movimentos de massas fluidas trocando de posição. A convecção pode ser natural, quando é ocasionada por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada, quando é ocasionada por bombas ou ventiladores. Observemos que na convecção não há passagem de energia de um corpo para outro, mas apenas estes é que mudam de posição. Sendo assim, concluímos que, a convecção não é um processo de transmissão de calor, pois não há passagem de energia de um corpo para outro. Ex: Ventiladores, ar-condicionado, aquecedor elétrico, brisas litorâneas...
5. TRANSMISSÃO DE RADIAÇÃO É o processo de transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, através do espaço que os separa. Sendo uma transmissão de calor feita por ondas eletromagnéticas, a radiação não exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação ocorre no vácuo e também em meios materiais. Porém, não são todos os meios materiais que permitem a propagação das ondas de calor através deles. Classificamos os meios materiais em: — Diatérmicos: São os meios que permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios transparentes às ondas de calor). Ex.: ar atmosférico. — Atérmicos: São os meios que não permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios opacos às ondas de calor).
6. ESTUDO DOS GASES E SUAS LEIS ºEstudo dos gases: Gás e vapor= A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura. O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão. Com o gás não ocorre o mesmo. Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com que o gás seja diferente do vapor. Comportamento dos gases= Uma determinada substância no estado gasoso é um gás se a sua temperatura for superior à temperatura crítica, se a temperatura for igual ou inferior à temperatura crítica ,a substância é vapor.
7. Os gases reais que normalmente conhecemos como, por exemplo, o hélio, o nitrogênio e o oxigênio, apresentam características moleculares diferentes e particulares de cada um. Contudo, se colocarmos todos eles a altas temperaturas e baixas pressões eles passam a apresentar comportamentos muito semelhantes. No estudo dos gases adota-se um modelo teórico, simples e que na prática não existe, com comportamento aproximado ao dos gases reais. Essa aproximação é cada vez melhor quanto menor for à pressão e maior a temperatura. Esse modelo de gás é denominado de gás perfeito.
8. ºLeis dos gases Após estudarem o comportamento dos gases por volta do século XVII e XIX, os cientistas Jacques Charles, Louis J. Gay-Lussac e Paul E. Clayperon, elaboraram leis que regem o comportamento dos gases perfeitos, também chamados de gases ideais. As leis por eles determinadas estabelecem as regras do comportamento ‘externo’ do gás perfeito, levando em conta apenas as grandezas físicas que estão associadas a eles, grandezas essas que são: volume, temperatura e pressão.
9. Lei geral dos gases perfeitos= A pressão que determina a lei geral para os gases perfeitos pode ser vista da seguinte forma: PoVo=PV To T Onde: Po= pressão inicial; Vo= volume inicial; To= temperatura inicial. Essa é uma expressão que é utilizada para quando as variáveis de um gás apresentar variações.
10. Lei de Boyle= Sua lei diz que quando um gás sofre uma transformação isotérmica, a pressão dele é inversamente proporcional ao volume ocupado. Dessa lei obtemos que como To=T, temos que: PoVo=PV
11. Lei de Charles= É a lei que rege as transformações de um gás perfeito a volume constante. Essas transformações são chamadas de transformações isocóricas ou isométricas. Segundo essa lei, quando uma massa de gás perfeito sofre transformação isocórica, a sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma: Po=P To T Onde: Po= pressão inicial; To= temperatura inicial.
12. Lei de Gay- Lussac= É a lei que rege as transformações de um gás perfeito à pressão constante. Essa lei, apesar de levar o nome de Gay-Lussac, já havia sido descoberta pelo físico e químico A.C. Charles. Segundo a lei, quando um gás sofre uma transformação isobárica o volume do gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Matematicamente essa lei pode ser expressa da seguinte forma: Vo=V To T Onde: Vo= volume inicial; To= temperatura inicial.
13. TRANSFORMAÇÕES GASOSAS Quando se estuda a dilatação dos sólidos e líquidos, não se faz referência sobre a influência que a pressão tem sobre esse acontecimento. Isto acontece porque somente grandes variações da pressão podem influenciar sensivelmente na dilatação dos corpos sólidos e líquidos. Assim, despreza-se a influência da pressão. No entanto, no estudo das transformações gasosas essa grandeza física tem grande influência e, dessa maneira, não podemos desprezar sua atuação sobre as transformações dos gases. As transformações dos gases são: transformação isobárica, transformação isométrica e transformação isotérmica. Além da pressão, duas outras grandezas físicas são muito importantes no decorrer do estudo das transformações gasosas: a temperatura e o volume do gás.
14. Transformação Isobárica= Nessa transformação, a pressão é mantida constante e o volume ocupado pelo gás varia proporcionalmente à temperatura absoluta do mesmo. Essa é conhecida como Lei de Gay-Lussac e matematicamente pode ser escrita da seguinte forma: V = constante T
15. Transformação isotérmica= Nessa transformação, a pressão exercida pelo gás é inversamente proporcional ao volume que ele ocupa. Essa definição ficou conhecida como a Lei de Boyle e matematicamente pode ser escrita da seguinte forma: P.v= constante
16. Transformação isométrica= Também chamada de transformação isovolumétrica e transformação isocórica, essa é a transformação em que a pressão exercida pelo gás varia diretamente proporcional ao volume ocupado pelo mesmo. Essa definição ficou conhecida como Lei de Charles e pode ser escrita através da seguinte fórmula matemática: P=constante T
17. TERMO DINÂMICA ºPrimeira lei A primeira lei da termodinâmica é a lei de conservação da energia. Nela observamos a equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que a energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna. A expressão matemática que traduz esta lei para um sistema não-isolado é: U= Q + W + R Onde: Q= representa troca de calor; W= realização de trabalho (sendo respectivamente positivos quando o sistema recebe calor ou nele é realizado trabalho, negativos do contrário); R= emissão ou absorção de radiação. Podemos simplificar dizendo que existe uma função U (energia interna) cuja variação durante uma transformação depende unicamente de dois estados, o inicial e o final.
18. Num sistema fechado a indicação desta variação é dada como: U= Q - W Onde: Q= calor; W= trabalho, trocados entre o sistema e o meio. As quantidades W e Q são expressas algebricamente, sendo positivas quando expressam energia recebida pelo sistema. A quantidade R é nula, pois, em sistema fechado, não se verificam absorções nem emissões de radiação. A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e de iteração de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a conservação de energia.
19. ENTROPIA E SEGUNDA LEI A entropia é uma grandeza termodinâmica que aparece geralmente associada ao que se denomina não em senso comum, de "grau de desordem" de um sistema termodinâmico. Em acordo com a segunda lei da termodinâmica, trabalho pode ser completamente convertido em calor, mas calor não pode ser completamente convertido em trabalho. Com a entropia procura-se mensurar a parcela de energia que não pode mais ser transformada em trabalho em transformações termodinâmicas.
20. TRABALHO E ENERGIA DE UM GÁS Considere um gás de massa m contido em um cilindro com área de base A, provido de um êmbolo. Ao ser fornecida uma quantidade de calor Q ao sistema, este sofrerá uma expansão, sob pressão constante, como é garantido pela Lei de Gay-Lussac, e o êmbolo será deslocado.
21. Assim como para os sistemas mecânicos, o trabalho do sistema será dado pelo produto da força aplicada no êmbolo com o deslocamento do êmbolo no cilindro: Assim, o trabalho realizado por um sistema, em uma transformação com pressão constante, é dado pelo produto entre a pressão e a variação do volume do gás. Quando: o volume aumenta no sistema, o trabalho é positivo, ou seja, é realizado sobre o meio em que se encontra (como por exemplo empurrando o êmbolo contra seu próprio peso); o volume diminui no sistema, o trabalho é negativo, ou seja, é necessário que o sistema receba um trabalho do meio externo; o volume não é alterado, não há realização de trabalho pelo sistema.
22. Exemplo: Um gás ideal de volume 12m³ sofre uma transformação, permanecendo sob pressão constante igual a 250Pa. Qual é o volume do gás quando o trabalho realizado por ele for 2kJ?
23. ENERGIA INTERNA As partículas de um sistema têm vários tipos de energia, e a soma de todas elas é o que chamamos Energia interna de um sistema. Para que este somatório seja calculado, são consideradas as energias cinéticas de agitação , potencial de agregação, de ligação e nuclear entre as partículas. Nem todas estas energias consideradas são térmicas. Ao ser fornecida a um corpo energia térmica, provoca-se uma variação na energia interna deste corpo. Esta variação é no que se baseiam os princípios da termodinâmica. Se o sistema em que a energia interna está sofrendo variação for um gás perfeito, a energia interna será resumida na energia de translação de suas partículas, sendo calculada através da Lei de Joule: Onde: U: energia interna do gás; n: número de mol do gás; R: constante universal dos gases perfeitos; T: temperatura absoluta (kelvin).
24. Como, para determinada massa de gás, n e R são constantes, a variação da energia interna dependerá da variação da temperatura absoluta do gás, ou seja, Quando houver aumento da temperatura absoluta ocorrerá uma variação positiva da energia interna ( U> 0). Quando houver diminuição da temperatura absoluta, há uma variação negativa de energia interna ( U<0). E quando não houver variação na temperatura do gás, a variação da energia interna será igual a zero ( U=0). Conhecendo a equação de Clepeyron, é possível compará-la a equação descrita na Lei de Joule, e assim obteremos: FIM !
