COTIDIANO

Desde a eclosão da crise sanitária do alastramento do Covid-19 estamos em aulas remotas, para materiais acesse a pasta compartilhada e o Blackboard.



- Semana 8 e 9 -

Exercícios e interpretações com a Lei dos gases - Pv = R'T.

Testes de adequação do Modelo de gás ideal (tabela versus lei dos gases - comparações de volume) - região apropriada do diagrama de fases (fora do dolmo de saturação e longe do ponto crítico).

Adequação do modelo de gás ideal: universalidade (diferentes substâncias com comportamento equivalente) do grafico Pv/RT graficados para P/Pc e T/Tc.

Comentário sobre o modelo microscópico (ver teoria cinética abaixo) e porque o erro na determinação do volume é sempre para mais (modelo não inclui interação intermolecular).

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

Energia interna.

Conservação da Energia : Primeira Lei da Termodinâmica.

Transformações e ciclos: representação e cálculo no diagrama. Cálculo em processos isobáricos, isocóricos, isotérmicos, adiabáticos (politrópicos em geral).

Calores específicos a volume e pressão constante. Entalpia.

Sumário e compreensão geral de uma máquina térmica (motor x refrigerador) no diagrama PV. Os ciclos Diesel, Otto, Stirling e Carnot (análise qualitativa dos processos no diagrama).

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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

- Processos politrópicos (generalização) [clique]

- Semana 7-

Mudanças de fase. Diagramas de fases TV, PV e PT. Ponto crítico e ponto triplo.

A diferença entre vapor e gás.

Tabelas termodinâmicas - a grande compilação experimental.

Compilação do caminho trilhado. Processo tecnológico e metrologia. Variáveis termodinâmicas (P, V e T), estado termodinâmico. Lei zero.

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

Comentários sobre mol, massa molar e número de Avogadro.

Exercícios.

- Semana 5 e 6 -

Fervendo água à temperatura ambiente -- pressão externa baixa. Experimento da seringa.

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.

Pressão: Manômetro.

Fim da introdução: Sistemas termodinâmicos, equilíbrio termodinâmico. Lei zero da termodinâmica (para um resumo [clique], ou assista [clique]).

Variáveis termodinâmicas. Mudanças de fase. Introdução aos diagramas de fases.


- Semana 4 -

Temperatura, calor e movimento. Natureza do calor e mecanismos de transporte (condução, convecção e irradiação). Visão microscópica da temperatura e fenômenos térmicos relacionados.

Temperatura: agitação (movimento) molecular. Calor: propagação/partilhamento progressivo do movimento molecular.

O emprego do modelo atomístico/molecular (modelo microscópico) para explicação qualitativa.

*Dilatação térmica
*Líquidos mais voláteis reduzindo mais temperatura de termômetros.
*Mudança de estado físico (por aquecimento)

Escala absoluta de temperatura: existência de um zero absoluto - experimento com gases nobres (modelo: gás ideal). Hélio líquido. Recordes de baixas temperaturas.

Energia

Energia e a contabilidade de movimento. Tipos de energia. Energia e movimento: cinética (movimento em si) + potencial (interação). Cadeias de transformação de energia. Usinas de energia modernas.

Cadeias de transformação* - Contabilidade Energética. (Hidrelétrica x Usina térmica - comparação com ordens de grandeza). Energia Hidraulica - Modelo ideal de Bernoulli [clique]; Energia térmica em queima de combustíveis: Entalpia de reação com O2 [clique]

Natureza do Calor

Calor: "energia térmica em trânsito"

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

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- Materiais de apoio [clique]

- ** Experimento caseiro sobre calor latente da água pode ser acessado em http://bit.ly/expLgelo191 [clique aqui]

- Lista de exercícios para treino (Lista 1), disponível.

- Semana 2 e 3-

Termômetros e Temperatura: Dilatação térmica linear - proporcionalidade.

Escalas termométricas.

Calorimetria (Aquecimento e mudança de fase) - Calor específico,c - (dQ = mcdT) e Calor Latente, L - (dQ = mL)**


- Semana 1-

Introdução à disciplina.
Elementos históricos: da máquina de Heron de Alexandria - séc. I (DC) - à Primeira Revolução Industrial séc. XVIII e daí ao séc XIX. A evolução da técnica e da ciência. Discussão sobre o funcionamento de máquinas térmicas.

A tecnologia dos Termômetros. Temperatura: Dilatação térmica linear - proporcionalidade.

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- Materiais de apoio [clique]

- Tour de street view pela Royal Society [clique]. Se quiser entrar use esse link [clique]

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





LISTAS

Lista 1 [clique]

Assunto: Introdução;
upload - 18/2, 14h20.

MULTIMÍDIA

Quando quiser legendas ative o recurso no youtube.

Semana 8 e 9)

Exemplo de protótipo de motor de Stirling


Máquinas térmicas de Stirling


O ciclo de Otto versus Diesel


O ciclo de Otto (motor a gasolina / 4 tempos) em uma animação


Ciclos: Motor a combustão interna.


Semana 7)


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


Modelo microscópico do gás ideal


Semana 5 e 6)


Vaporizando água à temperatura ambiente: seringa


Paradoxo Hidrostático


Barômetro de Torricelli


Pressão: manômetro simples


Manômetro Bourbon


Sublimação do gelo (sólido para vapor)

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


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.


Vapor superaquecido versus vapor saturado


Semana 3 e 4)


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.


Transferência de Calor: condução; convecção e radiação


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 eletrica (com influência do magnetismo intrínseco dos elétrons e átomos, portanto eletromagnética) - o arranjo espacial depende ainda de particularidades da estrutura da matéria, arranjo relativo entre elétrons e núcleos, e das propriedades curiosas dos elétrons na escala molecular (descritas pela Mecânica Quântica).


Experimento: determinando o zero absoluto (experimento rudimentar) pela redução do volume (pressão constante sobre o gás)


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).


O próximo recorde de temperatura - experimento Cold Atom Laboratory (ISS).
Página da Nasa sobre o experimento.


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.


Debate sobre uso do hélio e um passeio por um centro de pesquisa que utiliza hélio.


O experimento de Joule e o trabalho de William Thomson.


Energia - documentário BBC


Semana 1)
Aeolípia - Herão de Alexandria (10 AC - 70 AC)
Uma realização caseira - disponível aqui


Máquina de Newcomen (1712) - bomba
A máquina original, que está no museu Henry Ford - disponível aqui


Protótipo de uma máquina de Stephenson (1781 - 1848)
Análise (pistão, válvula e bielas) - disponível aqui


A construção de termômetros industriais


Celsius não inventou a escala Celsius

Prof. Rodrigo Ramos - Primeiro Semestre / 2020