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Energia:“Capacidade de realizar trabalho”.

Formas de energia:- Cinética (movim. macroscópico, térmica, etc)- Potencial (elétrica, gravitacional, elástica, etc)

Matéria:“Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.”

Principais estados da matéria:Sólido, Líquido e gasoso.

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Gás

• Forma indefinida;

• Arranjo totalmentedesordenado;

• Volume indefinido;

• Partículas livres parase moverem.

Principais Estados da Matéria

Sólido

• Forma rígida;

• Arranjo compacto,ordenado;

• Volume definido;

• Movimentomolecular restrito.

Líquido

• Forma indefinida;

• Arranjo desordenado;

• Volume definido;

• Partículas movem-seumas entre as outras.

←

→

sfriaRe

Aquece

←

→

sfriaRe

Aquece

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Grandeza física que indica o estado (grau de agitação)das partículas de um corpo, caracterizando o seuestado térmico.

Temperatura: Noção intuitiva

T1T2

T1 > T2

T T

contato

T1 > Teq > T2

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Calor e sua propagação

Calor (uma definição):“Calor é a energia térmica em trânsito, devido a

uma diferença de temperatura entre os corpos”.

Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o

corpo mais frio.

5

Unidades de medida de calorcaloria – cal

Joule – J

British thermal unit – Btu

A caloria é definida como aquantidade de calor necessáriapara se elevar de 14,5°C para15,5°C uma quantidade de 1gde água.

O Btu é a quantidade de calor pra elevar 1 lbde água de 63°F para 64°F.

Joule - unidade adotada pelo SI para energia.

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Convenção para a Troca de calor

calor recebido

calor retirado

Q > 0

Q < 0

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Troca de CalorCorpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio.

0...321 =++++ nQQQQ

Em um sistema isolado, a quantidade total de calor

trocado entre os corpos é nula, ou seja, o calor total

recebido pelos corpos mais frios é igual ao calor total

retirado dos corpos mais quentes.

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• Termodinâmica:Estuda as interações (trocas de energia) entre um

sistema e suas vizinhanças.

• Transferência de calor:Indica como ocorre e qual a velocidade com que ocalor é transportado.

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O que ocorre com a temperatura de um

corpo quando se transfere calor a ele??

A temperatura pode aumentar ou não.

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Calor sensível

Quando o calor é utilizado pela substância apenas para

variar sua temperatura, sem alterar seu estado físico.

Ex.: aquecimento da água numa panela antes da fervura.

Q = C ∆T = m c ∆T

Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc];

C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC];

m = massa do corpo [g, kg];

c = calor específico da substância [J/(kg ºC)];

∆∆∆∆T = variação da temperatura (Tfinal - Tinicial) [K, ºC].

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H2OBarra de

ferroCalores específicos

(a 25ºC e 1 atm) [J/(kg ºC]:

H2O = 4200; Gelo (0ºC) =2040

Etanol = 2400; Alumínio = 900;

Cobre = 390; Latão = 380;

Ferro = 450; Vidro = 840.

Calor específico e capacidade

calorífica

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Valores de c (25ºC e 1 atm)Calor Específico Calor Específico Molar

Substância cal/(g.K) J/(kg.K) J/(mol.K)Sólidos ElementaresChumboTungstênioPrataCobreAlumínio

0,03050,03210,05640,09230,215

128134236386900

26,524,825,524,524,4

Outros SólidosLatãoGranitoVidroGelo (-10°C)

0,0920,190,200,530

380790840

2.220

LíquidosMercúrioÁlcool etílicoÁgua do marÁgua doce

0,0330,580,931,00

1402.4303.9004.190

Fonte: Halliday

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Calor Latente

Quando o calor trocado é utilizado pela substância paramudar de estado físico, sem variação de temperatura esob pressão constante, ele é chamado de calor latente.

Ex.: fornecimento de calor à água fervente.

VAPORIZAÇÃO

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O calor latente de mudança de estado pode ser:

endotérmico (Q > 0): As transformações de fusão,vaporização e sublimação são endotérmicas pois amatéria precisa absorver calor.

exotérmico (Q < 0): As transformações de liquefação,solidificação e sublimação inversa são exotérmicas,pois a matéria precisa liberar calor.

Mudança de fase

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“Grandeza física que indica a direção e permite ocálculo da intensidade do fluxo de calor trocado entredois corpos”.

Temperatura (uma definição):

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Processos de Transferência de Calor

• Condução

• Convecção

• Radiação térmica

Condução Convecção Radiação térmica

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Condução

Fonte: www.terra.com.br/fisicanet

Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto.

Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar.

Característico de meios estacionários.

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Condução de Calor

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Condução

A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula,somente através da agitação molecular e doschoques entre as moléculas do meio.

Calor

Condução de calor ao longo de uma barra.

Condução de calor ao longo de gás confinado.

T1 > T2

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Condução - Aplicações e conseqüências

• Conforto térmico corporal;

• Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes).

Por que os iglus são feitos de gelo?

k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC)

cp (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC)

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Convecção

Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes deste meio;

Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas;

É o transporte de calor típico dos meios fluidos.

Fonte: www.achillesmaciel.hpg.ig.com.br

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Na convecção natural, ou livre, o escoamento dofluido é induzido por forças de empuxo, que vem dediferenças de densidade causadas por variação detemperatura do fluido.

Convecção natural e forçada

Transporte natural de fluidos

Convecção natural

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Na convecção forçada o fluido é forçado a circularsobre a superfície por meios externos, como umabomba, um ventilador, ventos atmosféricos.

Convecção natural e forçada

Convecção forçada

Transporte forçadode fluidos

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Convecção - Aplicações e conseqüências

• Conforto ambiental;

• Refrigeração de circuitos elétricos.

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Irradiação ou radiação térmica

- Toda a matéria que se encontra a uma temperaturaacima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica.

- Não necessita de meio material para ocorrer,pois a energia é transportada por meio de ondaseletromagnéticas.

- É mais eficiente quando ocorre no vácuo.

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Radiação Térmica ou Irradiação

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Ondas eletromagnéticas

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Transmissão de calor por Radiação

Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bomemissor de radiação térmica e todo bom refletor é ummau emissor de radiação térmica.

Corpo negro é também o emissor ideal de radiação térmica (radiador ideal)!!!!

Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: fuligem (a = ε = 0,94).

Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: prata polida (a = ε = 0,02).

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Radiação Térmica - Aplicações

• Fonte alternativa de energia;

• Previsões meteorológicas baseiam-se nas emissões de infra-vermelho provenientes da terra.

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Processos de Transferência de Calor

Trocador de Calor

Os diferentes mecanismos detroca térmica ocorremsimultaneamente nas maisdiversas situações.