A Termodinâmica

...

[pic 3]

(Imagem 3: O anel de Gravesande, criado por W. J. Gravesande, a esfera quando aquecida, não consegue ultrapassar o anel.

Se a temperatura de um corpo diminui, as distancias também são reduzidas, pois as amplitudes das vibrações moleculares tornam-se menores, logo as dimensões dos sólidos diminuem, causando a contração térmica.

- Dilatação Térmica Linear

Dilatação aplicada nos corpos em estado sólido, consiste na variação de apenas uma dimensão. Pode ser encontrada em barras, cabos e fios.

Em uma barra homogênea, de comprimento LO a uma temperatura inicial θ0. Quando a temperatura é aumentada até ficar maior do que a inicial, observa-se que essa barra passa a ter um comprimento maior do que o comprimento inicial

[pic 4]

(Imagem 4: Dilatação linear dos corpos).

Logo, é possível concluir que a dilatação linear ocorre proporcionalmente à variação de temperatura e ao comprimento inicial de um solido. Por sua vez ao serem analisados sólidos de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, a variação de comprimento será diferente, devido a dilatação levar em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, denominada de coeficiente de dilatação linear (α).

[pic 5]

A unidade usada para α é o inverso da unidade de temperatura.

- Dilatação térmica superficial:

A dilatação térmica superficial acontece quando a dilatação linear está contida em duas dimensões.

[pic 6]

(Imagem 5: Ilustração de dilatação superficial)

Considerando um pedaço de ferro quadrado de lados LO, no qual é aquecida a uma temperatura Δθ, de forma que essa barra de ferro sofra um aumento nas suas dimensões, mais como a peça é quadrada, todos os lados se dilatam e o ferro continua quadrado.

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

Para analisar toda a superfície, deve-se elevar a equação ao quadrado

[pic 11]

)[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

- Dilatação Volumétrica

A dilatação térmica volumétrica acontece quando a dilatação linear está contida em três dimensões.

[pic 17]

(Imagem 6: Dilatação volumétrica).

Considerando um solido cúbico de alumínio de lado LO, no qual é aquecido com uma temperatura Δθ, e que este solido sofra aumento nas três dimensões para o sólido permanecer cúbico, passando a ter lado L.

[pic 18]

Depois do aquecimento, o volume é:

[pic 19]

Relacionando com a equação de dilatação linear:

[pic 20]

Deve-se elevar a equação ao cubo

[pic 21]

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

O coeficiente de dilatação volumétrica é:

[pic 25]

Sendo assim:

[pic 26]

[pic 27]

[pic 28]

Sendo β=2α e γ=3α, podemos determinar as seguintes relações:

[pic 29]

Calorimetria:

As partículas que pertencem a um corpo estão em movimento constante, a energia estudada e que está associada ao estado de agitação dessas moléculas é a energia térmica, no qual ela depende da temperatura em que o corpo se encontra. Se dois corpos em temperatura diferentes são colocados na presença do outro, isolando-os termicamente do meio ambiente, observa-se que após um tempo eles estarão com a mesma temperatura, ou seja, em equilíbrio térmico; o corpo mais quente perde energia térmica, pois sua temperatura diminui, e o corpo mais frio ganha energia térmica, logo a sua temperatura aumenta. Pode-se entender que o calor é a energia térmica em transito, determinada pela diferença de temperatura entre corpos, o termo calor é usado somente para indicar energia térmica que está sendo transferida e não pode ser empregada para indicar a energia que o corpo possui.

1 cal = 4,18 J

1 kcal = 10³ cal

A capacidade térmica mede a quantidade de calor que produz no corpo uma variação unitária de temperatura.

[pic 30]

O calor específico é a quantidade de calor que tem como efeito somente a mudança da temperatura de um corpo. Esse fenômeno é chamado de Equação Fundamental da Calorimetria.

[pic 31]

Os estados de agregação da matéria

Existem três estados de agregação da matéria, o estado sólido, que é caracterizado por uma força de coesão elevada entre as moléculas e possui forma e volume bem definidos, o estado líquido a substancia apresenta volume definido, e a forma é variável, depende do recipiente, e o gasoso as forças de coesão são inexistentes, fazendo com que a forma e o volume não sejam definidos.

Ao modificar as condições de pressão e temperatura, pode acontecer a passagem de um estado de agregação para outro, pode