COTIDIANO



- Semana 14-

Revisão/Exercícios e fechamento da disciplina. Acesse o formulário por email ou na pasta compartilhada com as notas.


- Semana 13-

O Ciclo de Carnot.

Segunda Lei - Espontaneidade, reversibilidade e Entropia.

Exercícios - Cálculo de variação de entropia, e entropia na tabela termodinâmica

Desigualdade de Clausius e a entropia crescente do universo.

Entropia e desordem (microestados).

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Para a prova de que Q=0 no processso (gamma = cp/cv) adiabático ver por exemplo este link do material do Nestor/UFRGS [clique]

Para o teorema de Carnot pode começar explorando por aqui [clique]

Para uma prova da desigualdade de Clausius ver por exemplo este link do material do Stenio/UFRJ [clique]


Atenção -
Provinha 2: prazo 16/5
http://bit.ly/tm191-p2 [clique]

- Semana 12-

Aplicação: A válvula de estrangulamento (refrigeradores): balanço de energia no fluxo de massa.

Balanço de energia em Máquinas térmicas, refrigeradores e aquecedores.

Rendimento e Coeficiente de Performance.

Exercícios

Segunda Lei da Termodinâmica (Enunciados Kelvin-Planck e Clausius)

Ciclo de Carnot e temperatura absoluta: Q_F/Q_Q = T_F/T_H

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Material de apoio (refrigerador) comentado em sala [clique aqui]

Lista com exercícios desta parte final disponível.


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Atenção -
APS: Cadastre seu grupo e determine um experimento.
http://bit.ly/tm191-rg [clique]
Prazo de entrega de relatório do experimento: 7/maio.

- Semana 11-

Fluxo de massa e de volume em volumes de controle (sistemas abertos).

Cálculo do estado termodinâmico e balanço de energia em volumes de controle em processos adiabáticos.

Uso da tabela termodinâmica do vapor superaquecido - entalpia.


- Semana 8, 9 e 10-

Trabalho realizado por/sobre um gás ideal no diagrama PV.

Transformações e ciclos: representação e cálculo no diagrama.

Energia interna

Conservação da Energia : Primeira Lei da Termodinâmica.

Calores específicos a volume e pressão constante. Entalpia.

Balanço de energia em sistemas fechados.

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Atenção: segunda lista de exercícios - tabelas termodinâmicas (cálculo da transição líquido/vapor no interior do domo de saturação de substâncias puras); gases ideais e correções; e balanço de energia em sistemas fechados (assunto em andamento). Disponível.

Gráficos que foram comentados em sala [clique aqui]


Atenção -
Provinha 1: prazo 5/4
http://bit.ly/tm191-p1 [clique]

- Semana 6 e 7-

Comentários: Tabela de vapor superaquecido, tabela de líquido comprimido.

Modelo dos Gases ideais - Leis de Boyle (1662), Charles-Gay Lussac (1802) e Avogadro (1811) => Equação de Clapeyron (1834). Exercícios.

Constante R dos gases - experimento de medida (ver vídeo). Comentários sobre mol, massa molar e número de Avogadro.

Adequação do Modelo de gás ideal para outros gases. Fator de compressibilidade. Gráficos de compressibilidade de Nelson-Obert [clique] .

Comentário sobre outros modelos (equações) para gases.

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Modelo microscópico: teoria cinética dos gases [clique] - derivação da lei de Clapeyron a partir de modelo mecânico microscópico. kB NA = R

Gráficos que foram comentados em sala [clique aqui]

Outros modelos para gases reais: gas real [wiki port -clique]; gas real [wiki eng - clique]

- Semana 5-

Cálculo da mistura de líquido e vapor saturado: Título. Exercícios.

Experimento: calor latente do gelo - realizamos o experimento (mistura de água quente e gelo em calorímetro). Verificamos que a análise, e portanto os dados do vídeo discutido em sala são falsos.

Fase sólida no diagrama PV. Diagrama PT geral (com as três fases). Sublimação - exemplos.

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Gráficos que foram comentados em sala [clique aqui]

Um material onde produzo experimento equivalente ao desenvolvido em sala pode ser acessado em http://bit.ly/expLgelo191 [clique aqui].

Link para Tabelas Termodinâmicas (água) [clique aqui].

- Semana 4-

Exercício de calorimetria- Mudança de fase: Calor latente.

Discussão/Cálculo sobre experimento para obter o calor latente da água - [clique] vídeo fake? - Na próxima aula faremos o nosso próprio experimento para verificarmos a inconsistência* verificada
* no vídeo não há a contabilização do calor para aquecimento da água fria (vinda do gelo)

Diagramas TV e PV para a transição líquido/vapor. Tabelas termodinâmicas: propriedades de líquido e vapor saturado.


- Semana 3-

Exercícios de calorimetria- Aquecimento/Resfriamento: Calor específico. Finalização dos elementos introdutórios: Termometria - escalas termométricas (Celsius, Farenheit e qualquer outra; a escala absoluta/Kelvin) e exercícios.

Mudanças de fase em substâncias puras - diagramas TV, PV e PT (foco na transição líquido/vapor). Ponto crítico. Diferença entre vapor e gás. Ponto triplo.

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Gráficos do Çegel que foram comentados em sala [clique aqui]

Atenção: faça os exercícios da lista (na seção "listas" abaixo).

- Semana 2-

Temperatura: Dilatação térmica - construção de termômetros e a importância do volume extra de líquido no bulbo do dispositivo (exercício).

Sistemas termodinâmicos (exemplos), equilíbrio térmico, variáveis de estado termodinâmico.

Lei zero da termodinâmica (para um resumo [clique], ou assista [clique]).

Calor: "energia térmica em trânsito", mecanismos de troca de calor (radiação, condução e convecção).

Calorimetria, calor específico (exercícios). Definição de caloria a partir da mudança de temperatura da água.

Comentário: Energia <-> Movimento. (*para os estudantes com os quais não realizei a discussão a partir da mecânica newtoniana sobre energia e conservação em disciplina anterior, deixarei um exercício).

Natureza do calor: movimento; Comentário sobre experimento do conde Rumford e o experimento de Joule. Joule: 1cal = 4,2J. (para resumo breve do experimento [clique])


- Semana 1-

Introdução à disciplina.
Elementos históricos: da máquina de Herão 1DC à primeira revolução industrial e daí ao séc XIX.

Levantamento de Variáveis relevantes unidades e medidas (temperatura, massa, volume, densidade, pressão, energia).

Pressão: Barômetro - experimento de Torricelli (coluna de mercúrio)
Pressão do ar versus pressão na água - conhecimento anterior: Fórmula de Stevin e independência da forma da coluna.

Temperatura: calculando dilatação térmica (coluna de mercúrio) - proporcionalidade.

Mudança de estado físico:

- Fervendo água à temperatura ambiente -- pressão externa zero.
- Líquidos mais voláteis reduzindo mais temperatura de termômetros.

O emprego do modelo atomístico (modelo microscópico) para explicação qualitativa. Relembrando: Energia e a contabilidade de movimento (agitação térmica). Energia: cinética (movimento em si) + potencial (interação).

*Mudança de estado físico (por aquecimento)
*Mudança de estado físico (por pressão externa)
*Dilatação térmica
*Existência de uma escala absoluta de temperatura (Kelvin).

BIBLIOGRAFIA

[1]. ÇENGELYunus A.; BOLES, Michael A (Coaut. de). Termodinamica. 5. ed. São Paulo, SP: McGraw-Hill, 2007. 740 p., il. +. ISBN 8586804665 (broch.)

[2]. SONNTAG, r. E., borgnakke, c., van wylen, g. J.Fundamentos da termodinâmica, 7a ed., editora edgard blucher, 2009

[3]. MORAN, m. J.; shapiro, h. N.Princípios de termodinâmica para engenharia, 6a ed., ltc editora, 2009.

MATERIAL EXTRA

Joule: o equivalente mecânico do calor.

* Se quiser ver os trabalhos originais associados ao estabelecimento da natureza do calor:

Conde Rumford [clique].

James P. Joule [clique].

* Trabalho sobre dificuldades de reproduzir o experimento de Joule [clique]




LISTAS

Lista 1 [clique]

Assunto: Introdução;
upload - 26/2, 16h40.

Lista 2 [clique]

Assunto:Propriedades termodinâmicas de substâncias puras; Gases; Balanço de energia em sistemas fechados;
upload - 01/04, 14h.

Lista 3 [clique]

fluxo de massa e volume em volumes de controle. Balanço de energia e propriedades termodinâmicas em volumes de controle. Máquinas Térmicas.
upload - 14/05, 15h20.

MULTIMÍDIA

Quando quiser legendas ative o recurso no youtube (legendas nativas ou autogeradas).

Ordem e desordem - 2a. parte do documentário da BBC. Entropia e informação.


Entropia e multiplicidade nos microestados - desordem


Entropia e espontaneidade


Refrigerador esquemático


Como funciona um refrigerador (vídeo com mais detalhes técnicos dos refrigeradores modernos)


Máquinas térmicas de Stirling


Experimento: Determinando a constante dos gases (exp. com H2)


Modelo microscópico do gás ideal


Sublimação do gelo (sólido para vapor)

Para ver a transição vapor para sólido, há este famoso experimento feito em lugares muito frios [clique].


Vapor superaquecido


Ponto triplo - H2O
No ponto triplo temos as três fases (sólido, líquido e vapor) coexistindo (ocorrendo) simultaneamente, pequenas variações fazem um ou outro domínio ser predominante por alguns instantes, mas o sistema torna a exibir os demais depois.


Ponto crítico - CO2
A partir do ponto crítico não há a separação de fase entre os domínios de líquido e vapor saturados (região interna ao domo de saturação dos diagramas TV e PV, que corresponde às linhas de separação no diagrama PT). O fluido no ponto crítico simplesmente se torna uniforme sem a separação entre as fases líquida e de vapor. A partir disso dizemos que temos apenas gás.


Experimento: temperatura durante aquecimento e mudanças de fase
Durante a mudança de fase a tempertura de uma substância se mantém constante. Obs: na transição sólido/líquido (fusão) a inomogeneidade da distribuição da temperatura no interior do recipiente é maior e é comum que o termômetro exiba flutuações a essa regra.


Experimento da Seringa
Como fizemos em sala: a transição líquido/vapor para a água pode ser obtida tanto variando a temperatura (como fazemos no fogão) quanto abaixando a pressão (como se faz na seringa).


Baixas temperaturas -
Hélio líquido e a fase superfluida, quando passa a exibir viscosidade zero e passa a escalar as bordas do recipiente ou jorrar por um capilar.


Estimando a temperatura zero -
O experimento faria mais sentido em um "gás ideal" (zerar a pressão seria parar o gás completamente, o gás ideal não apresenta transições de fases).


Celsius não inventou a escala celsius :)


Energia - documentário BBC


O experimento de Joule e o trabalho de William Thomson.


Experimento de Torricelli (barômetro de mercúrio)


A construção de termômetros industriais


Balões de água na câmara de vácuo e ebulição da água à temperatura ambiente.


Experimentos (particularmente o da seringa)


Experimentos: reduzindo a temperatura de termômetros pela vaporização - roubando energia térmica com a saída de moléculas.

Modelo microscópico dos estados físicos da água.
Lembre-se (complemento do curso de eletricidade): Força entre as moléculas é de natureza elétrica.

Prof. Rodrigo Ramos - Primeiro Semestre / 2019