Diapositivo 1 - apambiente.pt · Title: Diapositivo 1 Author: Carlos Created Date: 20101126165451Z'
Diapositivo 1 - fisicaquimicaweb.com · • Atividade Prático-Laboratorial APL 1.3 – Capacidade...
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03-05-2015 1 Sumário Do Sol ao “Aquecimento” – Unidade temática 1 • 1ª Lei da Termodinâmica. • Análise de situações em que a variação de energia interna se faz à custa de trabalho, calor e radiação. • Capacidade térmica mássica e capacidade térmica. • Atividade Prático-Laboratorial APL 1.3 – Capacidade térmica mássica. Resolução de exercícios. 27/04/2015 Do Sol ao aquecimento 1ª Lei da Termodinâmica Pela Lei da Conservação da Energia, que já foi estudada, a energia não pode ser criada nem destruída mas apenas transformada de umas formas para outras. “A 1ª Lei da termodinâmica traduz a conservação da energia, relacionando a variação da energia interna com a energia que é transferida, através da fronteira do sistema para a sua vizinhança ou da vizinhança para o sistema”. As transferências de energia podem ocorrer sob a forma de calor (Q), trabalho (W) e radiação (R). A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas A 1ª Lei da termodinâmica pode traduzir-se por: 27/04/2015
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03-05-2015
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Sumário
Do Sol ao “Aquecimento” – Unidade temática 1
• 1ª Lei da Termodinâmica.
• Análise de situações em que a variação de energia interna se faz à custa de
trabalho, calor e radiação.
• Capacidade térmica mássica e capacidade térmica.
• Atividade Prático-Laboratorial APL 1.3 – Capacidade térmica mássica.
Resolução de exercícios.
27/04/2015
Do Sol ao aquecimento
1ª Lei da Termodinâmica
Pela Lei da Conservação da Energia, que já foi estudada, a energia não pode ser
criada nem destruída mas apenas transformada de umas formas para outras.
“A 1ª Lei da termodinâmica traduz a conservação da energia, relacionando a
variação da energia interna com a energia que é transferida, através da
fronteira do sistema para a sua vizinhança ou da vizinhança para o sistema”.
As transferências de energia podem ocorrer sob a forma de calor (Q), trabalho (W)
e radiação (R).
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
A 1ª Lei da termodinâmica pode traduzir-se por:
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Do Sol ao aquecimento
1ª Lei da Termodinâmica
Num sistema isolado, se:
o não houver realização de trabalho (W = 0);
o não existir fluxo de calor (Q = 0);
o não existir emissão e/ou absorção de radiação (R = 0),
a variação da energia interna do sistema, ΔEi é igual a:
ΔEi = W + Q + R = 0 + 0 + 0 = 0
ΔEi = 0
“A energia interna de um sistema isolado permanece constante.”
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
27/04/2015
Do Sol ao aquecimento
Convenções em termodinâmica
A energia interna de um sistema pode aumentar ou
diminuir, dependendo das transferências de energia que
ocorrem.
Convencionou-se que:
– a energia recebida pelo sistema, vinda da sua vizinhança
sob a forma de trabalho, calor e/ou radiação considera-se
positiva;
– a energia cedida pelo sistema à sua vizinhança sob a forma
de trabalho, calor e/ou radiação considera-se negativa.
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Convenções em termodinâmica
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
27/04/2015
Do Sol ao aquecimento
Convenções em termodinâmica
Na expressão matemática que traduz a 1ª Lei da Termodinâmica está implícita
a convenção de sinais:
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Exemplo prático
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Exercícios
Uma certa massa de um gás expande-se transferindo para o exterior 95,6 cal de
energia como trabalho e recebe 200 J de energia como calor.
Qual foi a variação da sua energia interna?
R: Ei = -200,2 J
Um gás, contido num recipiente cilíndrico de paredes rígidas que está em contacto
com um disco de aquecimento, absorve 14 333,5 cal de energia. Sobre o gás
também incide a radiação de um laser que é totalmente absorvida, transferindo-se
para o gás 50 000 J. Durante este processo o gás radia para o exterior 5000 J.
Determine a variação de energia interna do gás.
Apresente todas as etapas de resolução.
R: Ei = 1,05 x 105 J
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Exercícios
Num automóvel, são acionados os travões, que transferem para o solo 0,30 MJ por
atrito. Como os pneus ficam a temperatura mais elevada do que as vizinhanças, o
automóvel cede também ao solo e ao ar circundante a energia de 0,060 MJ .
a) Classifique o modo como cada uma das parcelas de energia referidas é transferida.
b) Calcule a variação de energia interna do carro devida àquelas transferências.
Respostas: a) Travões: trabalho microscópico; pneus: calor
b) Ei = -360 kJ
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
Um sistema termodinâmico sofre um processo no qual a sua energia interna
diminui 100 J . Não houve trocas de energia por radiação, apenas por calor e
trabalho. Sabendo que recebeu 100 cal de energia como calor, cedeu ou recebeu
energia como trabalho? Em que quantidade?
R: W = - 518,6 J (Cedeu 518,6 J como trabalho).
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Do Sol ao aquecimento
Capacidade térmica mássica
A capacidade térmica mássica, c, é
numericamente igual à quantidade de
energia que é necessário fornecer à
unidade de massa da substância para que
a sua temperatura se eleve de 1K.
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
c
= Capacidade térmica mássica
Indica o valor da energia necessária para que
uma unidade de massa varie a sua temperatura
em uma unidade.
Unidade (S.I) J kg-1K-1
(prática) cal g-1 ⁰C-1
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Do Sol ao aquecimento
Capacidade térmica
A capacidade térmica mede numericamente a quantidade de calor produzida por
uma variação unitária de temperatura em um determinado corpo.
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
QC
T
C m.c
Unidade (S.I) J K-1
(prática) cal ⁰C-1
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Do Sol ao aquecimento
Como se determina, experimentalmente, a capacidade térmica mássica?
A capacidade térmica mássica de uma substância como um metal (ou liga metálica)
pode ser determinada, experimentalmente, usando blocos calorimétricos e
montando um circuito elétrico adequado.
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Como se determina, experimentalmente, a capacidade térmica mássica?
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
27/04/2015
Do Sol ao aquecimento
Determinação experimental da capacidade térmica mássica de uma dada substância
Depois de realizada a experiência que viste na animação obtiveram-se os seguintes
resultados, para o bloco calorimétrico de aço:
- Massa bloco calorimétrico de aço = 1,0 kg
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Tratamento dos resultados experimentais
Com base nos dados obtidos experimentalmente (e que estão registados na tabela anterior)
constrói-se em Excel ou na calculadora gráfica um gráfico dos valores de temperatura em função
do tempo.
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
y = 0,0802x + 16 R² = 0,9987
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Tem
pe
ratu
ra/
⁰C
tempo/s
Temperatura em função do tempo
(1)
(2)
De (1) e (2) e igualando vem:
ou
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Do Sol ao aquecimento
Tratamento dos resultados experimentais
Com base nos valores experimentais, a capacidade térmica mássica do aço é:
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
Valor tabelado para a capacidade térmica do aço, c = 460 J kg-1 k-1
100%exp
tab
tab
rc
cc
100460
9,473460%
r
%0,3% r
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Do Sol ao aquecimento
Porque é que no Verão a areia fica mais quente e a água do mar não?
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
Imagina que poderias escolher o material que encontrarias na praia, em vez de
areia. É isso que vais poder fazer nesta interatividade.
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Do Sol ao aquecimento
Conclusões
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Conclusões
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
Porque é que no Verão a areia fica escaldante e a água do mar não?
Como a capacidade térmica da água é muito maior do que a da areia, a mesma
quantidade de energia transferida provoca um menor aquecimento de água do que
aquele que se verifica na areia.
Porque é que os climas marítimos são mais amenos do que os continentais?
Os climas marítimos são mais amenos do que os continentais porque devido à sua
enorme capacidade térmica mássica, a água é capaz de armazenar grandes
quantidades de energia ao longo do dia, que aquando do arrefecimento noturno,
pode libertar, aquecendo o ar das vizinhanças, como o ar tem uma capacidade
térmica mássica muito baixa, um pequeno abaixamento da temperatura da água
liberta energia suficiente para o aquecimento duma grande massa de ar, pelo que,
assim as regiões costeiras têm temperaturas mais amenas.
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TPC
• Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações pág. 86.
– 1ª Lei da Termodinâmica.
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