ENERGIA, FENÓMENOS TÉRMICOS E RADIAÇÃO
Ano letivo 2016/2017
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Prof. Isabel Reis
SISTEMA, FRONTEIRA E VIZINHANÇA
SISTEMA Corpo, região ou conjunto de partículas que são o objeto de estudo.
VIZINHANÇA Todas as regiões e corpos do Universo que não pertencem ao sistema.
FRONTEIRA O limite, real ou virtual, que separa sistema e vizinhança.
Sistema
Ano letivo 2016/2017
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SISTEMA ABERTO Permite troca de matéria e de energia com a vizinhança. SISTEMA FECHADO Permite troca de energia mas não de matéria com a vizinhança. SISTEMA ISOLADO Não permite troca de energia nem de matéria com a vizinhança.
SISTEMA ABERTO
SISTEMA FECHADO Ano letivo 2016/2017
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SISTEMA ISOLADO
Conservação da Energia Num sistema a energia é transformada. Entre sistemas a energia é transferida. A transferência de energia entre sistema só pode ocorrer se os sistemas forem abertos ou fechados.
Lei de Conservação da Energia A energia de um sistema isolado mantém-se constante.
A energia do universo é constante: a energia não se cria nem se destrói, apenas se transfere e transforma. Ano letivo 2016/2017
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SISTEMA TERMODINÂMICO Termodinâmica - ramo da física que se dedica ao estudo das relações entre o calor e as restantes formas de energia. Estuda as causas e os efeitos de mudanças de temperatura, pressão e volume. Um sistema termodinâmico é aquele cujas variações de energia interna são significativas. É constituído por um número muito elevado
de partículas. Nota: No subdomínio “energia e movimentos” estudamos o
significado de sistema mecânico. Um sistema é considerado puramente mecânico quando se podem desprezar as variações de energia interna. Ano letivo 2016/2017
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Exemplo de um sistema termodinâmico.
ENERGIA INTERNA Define-se como sendo a soma da energia cinética das partículas
constituintes do sistema com a energia potencial resultante das suas interações.
A energia interna de um sistema altera-se sempre que há variação da energia cinética das partículas que o constituem ou da energia potencial resultante da interação entre elas. Ano letivo 2016/2017
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TEMPERATURA
As sensações de quente e frio são subjetivas.
Para medir a temperatura usam-se termómetros. Na
constituição
dos
termómetros
existem
materiais
com
propriedades termométricas, ou seja, com propriedades que variam
com a temperatura. Ano letivo 2016/2017
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Para se determinar a temperatura da água do gobelé, coloca-se o
termómetro em contacto com a água e aguarda-se até que seja atingido o equilíbrio térmico. A temperatura é uma propriedade que determina se um sistema está ou não em equilíbrio térmico com outros.
O aumento da temperatura de um sistema implica, em geral, um aumento da energia cinética das suas
partículas. Ano letivo 2016/2017
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Interpretação microscópica de temperatura As partículas constituintes de um sistema estão em permanente agitação, possuindo, por isso, energia cinética.
Maior temperatura
Maior agitação das partículas Ano letivo 2016/2017
Maior energia cinética média interna das partículas |
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Energia interna e temperatura
Se tivermos dois sistemas iguais, mas a temperaturas diferentes, o sistema que se encontrar a temperatura mais elevada tem mais energia interna.
De dois sistemas, à mesma temperatura, mas com um número de partículas diferente, o sistema com mais partículas tem maior energia interna.
Einterna,A > Einterna,B
Einterna,A > Einterna,B
A temperatura de um sistema não depende do número de partículas que o constituem. Ano letivo 2016/2017
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EQUILÍBRIO TÉRMICO
Equilíbrio térmico
Quando dois corpos a temperaturas diferentes são colocados em contacto, há troca de energia do corpo a temperatura superior para
o corpo a temperatura inferior, até atingirem uma situação de equilíbrio térmico, que corresponde à igualdade de temperaturas. Ano letivo 2016/2017
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LEI ZERO DA TERMODINÂMICA Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro sistema estão em equilíbrio térmico entre si.
A Lei Zero da Termodinâmica determina a razão pela qual a maioria dos corpos que se encontram em contacto com um certo ambiente, durante algum tempo, acabam por ficar todos à mesma temperatura. Ano letivo 2016/2017
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ESCALAS DE TEMPERATURA As situações de equilíbrio térmico permitem estabelecer escalas de temperaturas. A escala Celsius é usada em quase todo o mundo.
A escala Fahrenheit é usada nos Estados Unidos da América. A escala Kelvin é a escala termodinâmica de temperatura ou escala absoluta de temperatura.
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ESCALA DE TEMPERATURA CELSIUS A unidade de temperatura na escala de Celsius é o grau Celsius (°C), que corresponde à centésima
parte do intervalo de temperatura entre os pontos fixos 0 °C e 100 °C.
Ao estado térmico em que ocorre a ebulição da água, à pressão atmosférica normal, associa-se a temperatura de 100 °C.
Ao estado térmico em que ocorre a fusão do gelo, à pressão atmosférica normal, associa-se a temperatura de 0 °C. Ano letivo 2016/2017
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ESCALA DE TEMPERATURA KELVIN
T / K = t / ˚C + 273,15
A escala Kelvin é independente de qualquer característica particular de
uma substância. Por esse motivo se chama escala absoluta de temperatura. A unidade de temperatura no SI é o kelvin (K). O zero da escala é o zero absoluto, que é a temperatura mais baixa que, teoricamente, se pode atingir. Uma variação de temperatura de 1 ˚C é exatamente igual a uma variação de temperatura de 1 K. Ano letivo 2016/2017
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TRANSFERÊNCIAS DE ENERGIA COMO RADIAÇÃO A temperatura de um corpo pode ser alterada através da absorção ou da emissão de radiação.
Quando a radiação incide na superfície de um corpo, pode ser absorvida, refletida ou transmitida através do corpo.
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As superfícies brancas reemitem a radiação visível (A), enquanto as superfícies pretas são absorsoras de radiação visível (B).
Os corpos pretos absorvem toda a radiação visível que sobre eles incide.
Qualquer corpo absorve radiação. A intensidade da radiação absorvida
depende das propriedades do corpo e do comprimento de onda da radiação incidente. Ano letivo 2016/2017
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Todos os corpos emitem radiação eletromagnética, a qualquer
temperatura, devido à agitação térmica das partículas com cargas elétricas que os constituem.
Radiação térmica é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura, constituindo uma forma de transmissão de calor. Ano letivo 2016/2017
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À temperatura ambiente, os corpos emitem predominantemente radiação na gama do infravermelho.
Os raios IV – Infravermelhos – possuem comprimento de onda entre 700 nm e 50 000 nm. Ano letivo 2016/2017
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Aplicações tecnológicas dos fenómenos de absorção e emissão de radiação infravermelha (IV)
Sensores IV (passivos)
Detetam variações de radiação IV numa determinada área Abertura automática de portas Ativação de alarmes Ligação da iluminação (em escadas de prédios, …)
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Termómetros IV (pirómetros óticos)
Determinam a temperatura superficial de um corpo a partir da medição da sua irradiância em IV Medem a temperatura à distância (facilita a medição em pontos muito quentes ou de difícil acesso) Resposta rápida
Apresentam erros de medição elevados em superfícies polidas
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Câmaras IV
Captam radiação IV e convertem-na numa imagem Visão noturna (visão térmica)
Busca e salvamento Prevenção rodoviária (nas estradas e automóveis, permite identificar corpos em movimento de noite e através do nevoeiro)
Vigilância Manutenção de edifícios e equipamentos (deteção de infiltrações, Termografia
percurso de canalizações, isolamento…)
Medicina Prevenção e controlo de incêndios
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IRRADIÂNCIA A irradiância (Er) de um corpo Ê a quantidade de energia radiada (emitida) por um corpo, por unidade de tempo e por unidade de årea.
Er =
đ??¸
P = ∆đ?‘Ą
đ??¸ ∆đ?‘Ą Ă— đ??´
Er =
đ?‘ƒ đ??´
A sua unidade SI de irradiância Ê o watt por metro quadrado, W m-2.
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A B A - Lata preta B – Lata branca
O ar contido em latas iguais pintadas com tintas de cores diferentes, atinge temperaturas diferentes, quando expostas à mesma radiação. Ano letivo 2016/2017
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A RADIAÇÃO SOLAR NA PRODUÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA PAINEL FOTOVOLTAICO CÉLULA FOTOVOLTAICA Dispositivo que converte a energia transferida sob a forma de radiação em energia elétrica, através da produção de uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais.
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As células fotovoltaicas são
constituídas
por
material
semicondutor.
Silício (Si)
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Hierarquia fotovoltaica
CĂŠlula
MĂłdulo
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Painel
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As células fotovoltaicas, constituídas, em geral, por cristais de silício
(material semicondutor), aproveitam a energia da radiação solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.
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A corrente contínua (DC) gerada pelo painel fotovoltaico é enviada
para um dispositivo onde é convertida em corrente alternada (AC).
A – Painel fotovoltaico B – Inversor C – Painel elétrico D – Aparelho de medida bidirecional E – Ligação à rede elétrica Ano letivo 2016/2017
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Os
sistemas
autónomos
fotovoltaicos
têm
dimensionados
em
de
ser
função
dos consumos energéticos. De forma a maximizar o rendimento de um sistema fotovoltaico é necessário dimensionar a área atendendo à irradiância solar média no
local da instalação, ao número médio de horas de luz solar por dia e à potência a debitar.
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CALOR À energia transferida espontaneamente entre dois corpos, a temperaturas diferentes, dá-se o nome de calor.
A transferência de energia ocorre sempre do corpo a maior temperatura para o que está a menor temperatura.
Esta transferência espontânea de energia cessa quando os dois corpos atingem a mesma temperatura. Diz-se, então, que atingem o equilíbrio térmico. Ano letivo 2016/2017
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Processos de transferência de energia como calor A transferência de energia como calor pode ocorrer por radiação,
através da propagação da luz sem existir contacto entre sistemas, ou por condução e convecção que implicam contacto entre sistemas.
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RADIAÇÃO: Mecanismo de transferência de energia como calor que
ocorre através da propagação da luz, sem ser necessário existir um meio material entre os dois corpos a temperaturas diferentes.
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CONDUÇÃO: Mecanismo de transferência de energia como calor que
ocorre devido à transferência de energia das partículas mais agitadas (a maior temperatura) para as mais lentas (a menor temperatura). As partículas mais agitadas propagam a agitação às partículas vizinhas havendo assim transferência de energia sem transporte de matéria.
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CONVECÇÃO: Mecanismo de transferência de energia como calor
que ocorre em fluidos (líquidos e gases) acompanhado de movimentos do próprio fluido que são designados de correntes de convecção.
Nos sólidos só é possível transferir energia sob a forma de calor por condução; nos fluidos pode transferir-se energia sob a forma de calor por condução e/ou convecção, sendo o segundo mais eficaz. Ano letivo 2016/2017
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As correntes de convecção permitem explicar a brisa “marítima” e a brisa ”terrestre”: Durante o dia, a radiação solar aquece a superfície terrestre. O ar em contacto com essa superfície aquece, fica menos denso e sobe, sendo substituído por ar frio que desce, criando uma brisa marítima. À noite, a situação é inversa, porque a água tem uma elevada capacidade térmica mássica, sendo, por isso um grande “reservatório” de energia. O mar terá uma temperatura mais elevada do que o ar, pelo que irá transferir energia para a massa de ar em contacto com a água, aquecendo-a. Ano letivo 2016/2017
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Condutividade térmica Consideremos a parede exterior de uma casa com espessura ℓ e com área A. Seja a temperatura T2 a temperatura no interior da casa e T1 a temperatura no exterior.
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Podemos concluir que a taxa temporal de transferência de energia (Q/ Δt) é:
Diretamente proporcional à diferença de temperatura (ΔT) entre as extremidades da parede. Quanto maior for a diferença de temperatura, mais rápida será a transmissão de energia como calor. Diretamente proporcional à área da secção reta (A). Quanto maior for a área da parede, mais depressa se dará a transmissão de energia como calor. Inversamente proporcional ao comprimento (ℓ). Quanto mais espessa for a parede, mais lenta será a transmissão de energia como calor. Depende de uma constante, kT, chamada condutividade térmica, que é uma característica do material. Ano letivo 2016/2017
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Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução.
T2
Calor
T1 T
A – área da secção reta da barra ℓ – comprimento da barra ΔT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra kT – condutividade térmica, cuja unidade SI é o W m-1 K-1 Ano letivo 2016/2017
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Resolvendo a expressão em ordem a kT, temos que:
Q k T t A T Verifica-se que a unidade de condutividade térmica no SI é o watt por metro kelvin, W m-1 K-1.
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A condutividade térmica (k) é uma grandeza física que mede a
capacidade de uma substância conduzir o calor. Pode ser definida como a energia transferida sob a forma de calor, por segundo, através de uma superfície com 1 m2 de área e 1 m de espessura, quando a diferença de temperaturas entre as duas faces dessa
superfície é de 1 K (ou 1ºC). Exprime-se no Sistema Internacional em watt por metro e por grau kelvin (W m-1 K-1).
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Os materiais que apresentam valores elevados para a condutividade térmica são bons condutores térmicos. Os materiais que apresentam valores baixos para a condutividade térmica são isoladores térmicos. Ano letivo 2016/2017
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-1
-1
A condutividade térmica do alumínio é 237 W m K . Isto significa
que entre os extremos de uma barra de alumínio com 1 m de comprimento e 1 m2 de secção, transferem-se 237 J de energia, em cada segundo, quando a diferença de temperatura entre os extremos da barra for de 1 K (ou 1 ºC). Ano letivo 2016/2017
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Material
k / W m-1 K-1
Cobre
398
Ferro
80,3
Vidro
0,72 – 0,86
Colocam-se três barras de diferentes materiais (cobre, ferro e vidro)
em contacto com uma chama. A extremidade oposta de cada uma das barras é envolvida em cera, na qual se faz aderir um grão de milho. Ao fim de algum tempo, os grãos caem. Qual a ordem por que vão cair? Porquê? Ano letivo 2016/2017
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Se os iglos fossem feitos de granito teriam melhor isolamento tĂŠrmico? Ano letivo 2016/2017
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As condutividades tĂŠrmicas do gelo e do granito sĂŁo 1,6 W m-1 K-1 e 3,5 W m-1 K-1, respetivamente. Assim, os iglos teriam pior isolamento tĂŠrmico se fossem feitos de granito.
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O tapete e o chão de ladrilhos estão à mesma temperatura?
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Igual temperatura
A condutividade térmica do material que constitui os ladrilhos é muito superior à do material que constitui o tapete. Apesar de se encontrarem à mesma temperatura, os ladrilhos conduzem energia
como calor muito mais rapidamente do que o tapete, ocorrendo um grande fluxo de energia do nosso corpo para os ladrilhos, causando a sensação de “frio” no pé. Ano letivo 2016/2017
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Capacidade térmica mássica Para massas iguais de uma substância, quanto maior for a variação de temperatura que se quer provocar, maior será a quantidade de energia que terá de ser fornecida a esse sistema.
T = 15 ºC
T = 30 ºC
Maior variação de temperatura Ano letivo 2016/2017
Maior energia fornecida |
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Para a mesma variação de temperatura, quanto maior for a massa de
substância que se quer aquecer, maior será a quantidade de energia que terá de ser fornecida a esse sistema.
T = 30 ºC
T = 30 ºC
Maior massa
Ano letivo 2016/2017
Maior energia fornecida
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Ao fornecer a mesma quantidade de energia a dois sistemas com a
mesma massa, se estes forem constituídos por substâncias diferentes, as temperaturas finais serão diferentes.
areia
água
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A energia a transferir sob a forma de calor ĂŠ diretamente proporcional
à variação de temperatura que se quer provocar, à massa de substância e depende do material que a constitui, ou seja, da sua capacidade tÊrmica måssica.
đ??¸ = đ?‘š đ?‘? ∆đ?‘‡
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A capacidade tĂŠrmica mĂĄssica de um material ĂŠ uma grandeza fĂsica
que expressa a maior ou menor capacidade que um material tem para ceder ou absorver energia como calor.
đ??¸ đ?‘?= đ?‘š ∆đ?‘‡ No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de capacidade tĂŠrmica mĂĄssica, c, ĂŠ J kg-1 K-1 ou J kg-1 °C-1. A capacidade tĂŠrmica mĂĄssica de um material ĂŠ a energia transferida como calor, por unidade de massa desse material, para que a sua temperatura varie de 1 °C ou de 1 K. Ano letivo 2016/2017
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declive = m c đ??¸ đ??¸ đ?‘?= â&#x;ş đ?‘?đ?‘š= đ?‘š ∆đ?‘‡ ∆đ?‘‡
NOTA O grĂĄfico de E = f (ď „T) apresenta uma linha reta que passa na origem,
o que traduz a proporcionalidade direta destas grandezas, sendo o declive igual a m x c. Ano letivo 2016/2017
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A capacidade térmica da água é 4186 J kg-1K-1. Isto significa que é necessário fornecer 4186 J de energia a 1 kg de água, para que a sua temperatura aumente 1K (ou 1ºC). Ano letivo 2016/2017
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PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Dois sistemas a temperaturas diferentes, isolados em relação ao meio exterior, colocados em contacto entre si, trocam energia sob a forma
de calor até atingirem o equilíbrio térmico, ou seja, até ficarem à mesma temperatura.
A energia cedida pelo corpo a temperatura superior é igual, em módulo, à energia recebida pelo corpo a temperatura inferior.
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Coletor solar Num coletor solar, a radiação é aproveitada para aquecer um fluido que circula no seu interior.
Ano letivo 2016/2017
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Num coletor solar, há transferências de energia por radiação, condução e convecção.
Água quente
Água fria Ano letivo 2016/2017
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Constituição de um coletor solar
• Uma caixa externa com isolamento térmico.
• Tubos condutores absorsores em serpentina, em geral de cobre devido à sua alta condutividade térmica e resistência à corrosão, através dos quais o fluido que se pretende aquecer circula. Estes tubos são, normalmente, revestidos de um material negro na parte
exposta ao Sol. Ano letivo 2016/2017
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Constituição de um coletor solar
• O fluido é, em geral, água com um anticongelante, para evitar o seu congelamento em épocas mais frias.
• Uma placa de absorção ou placa coletora, normalmente de alumínio ou de cobre e pintada de preto fosco, que absorve a radiação solar, e à qual estão soldados os tubos condutores por onde
circula o fluido. Ano letivo 2016/2017
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Constituição de um coletor solar
• Uma cobertura transparente, que permite a passagem da radiação solar que incide no coletor, mas que é opaca à radiação
infravermelha emitida, originando um efeito de estufa. Esta cobertura minimiza também as perdas de energia como calor, por convecção, para o exterior.
Ano letivo 2016/2017
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Funcionamento de um coletor solar • A radiação solar incide na cobertura transparente e propaga-se até atingir a placa de absorção e esta aquece;
• Os tubos condutores absorsores onde circula o fluido aquecem, por condução, aquecendo o fluido onde se geram correntes de convecção;
• A radiação infravermelha emitida pelos materiais do coletor solar fica retida no seu interior, pois o vidro (ou acrílico) é opaco a essa radiação, o que vai contribuir para um maior aumento da temperatura do fluido; Ano letivo 2016/2017
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Funcionamento de um coletor solar • O fluido que circula nos tubos condutores do coletor depois de aquecido vai circular nos tubos que se encontram dentro do depósito
com a água que se pretende aquecer;
• Por transferência de energia como calor, a água aquece;
• Como o fluido cede energia como calor à água do depósito, a sua temperatura desce e regressa aos tubos condutores do coletor solar, mais frio, onde tudo recomeça. Ano letivo 2016/2017
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Transferências de energia como calor, ocorrendo mudanças de estado físico
Ano letivo 2016/2017
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Durante a mudança de estado físico de uma substância, a energia fornecida é utilizada para alterar as ligações intermoleculares que
existem entre as partículas e não para aumentar a sua agitação.
Durante a mudança de estado físico de uma substância não há variação da temperatura. Ano letivo 2016/2017
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Variação da temperatura de um cubo de gelo em função do
Temperatura / ºC
tempo de aquecimento
Tempo de aquecimento
Ponto de fusão da água = 0ºC
Ponto de ebulição da água = 100ºC Ano letivo 2016/2017
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Temperatura / ºC
Análise do gráfico:
Tempo de aquecimento
1
1
A temperatura do gelo aumenta proporcionalmente com o tempo de aquecimento até atingir o ponto de fusão.
Ano letivo 2016/2017
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Temperatura / ºC
Análise do gráfico:
2
Tempo de aquecimento
2
A temperatura mantem-se constante. A energia fornecida é usada para alterar as ligações intermoleculares das moléculas de água,
originando a fusão do gelo. Quanto maior for a massa de gelo, maior será o tempo de aquecimento.
Temperatura / ºC
Análise do gráfico:
3
Tempo de aquecimento
3
A temperatura da água líquida, resultante da fusão do gelo, aumenta proporcionalmente com o tempo de aquecimento até
atingir o ponto de ebulição. Ano letivo 2016/2017
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Análise do gráfico:
Temperatura / ºC
4
Tempo de aquecimento
4
A temperatura mantem-se constante. A energia fornecida é usada para alterar as ligações intermoleculares das moléculas de água,
originando a sua ebulição. Quanto maior for a massa de água, maior será o tempo de aquecimento.
Análise do gráfico: Ebulição
Temperatura / ºC
4
3
Fusão 2
Tempo de aquecimento
1
1
Água no estado sólido
2
Coexistência dos estados sólido e líquido
3
Água no estado líquido
4
Coexistência dos estados líquido e gasoso Ano letivo 2016/2017
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Variação da temperatura de uma mistura de água e sal em função do tempo de aquecimento
Nas misturas de substâncias verifica-se que as temperaturas não se mantêm constantes durante as mudanças de estado físico, ao contrário do que acontece com as substâncias puras. Ano letivo 2016/2017
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Variação de entalpia À energia que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância, para que sofra uma mudança de estado físico chama-se variação de entalpia (ΔH) dessa mudança de estado físico.
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đ??¸ = đ?‘š ∆đ??ť
đ??¸ ∆đ??ť = đ?‘š
Quando uma substância muda de estado fĂsico, a energia sob a forma de calor que ĂŠ necessĂĄrio fornecer Ă substância ĂŠ tanto
maior quanto maior for a sua massa.
Ano letivo 2016/2017
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VALORES DE VARIAĂ‡ĂƒO DE ENTALPIA DA Ă GUA
∆đ??ťđ?‘“đ?‘˘đ?‘ ĂŁđ?‘œ đ?‘‘đ?‘Ž ĂĄđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž = 3,33 Ă— 105 đ??˝ đ?‘˜đ?‘”−1 significa que ĂŠ necessĂĄrio fornecer 3,33 ď‚´ 10 J de energia 5
a cada quilograma de ĂĄgua no estado sĂłlido, Ă temperatura de fusĂŁo, para que esta passe ao estado lĂquido. Ano letivo 2016/2017
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Calor e trabalho A variação da energia interna de um sistema pode ser feita de duas
maneiras diferentes mas equivalentes:
Transferência de energia
Transferência de energia por
como calor.
realização de trabalho mecânico. Ano letivo 2016/2017
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Foi Thompson, conde de Rumford, no final do séc. XVIII, quem primeiro estabeleceu uma relação entre calor e trabalho.
Rumford constatou a relação entre trabalho e calor ao supervisionar o
funcionamento de canhões.
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Em meados do séc. XIX, Joule realizou várias experiências para demonstrar a equivalência entre calor e trabalho.
A experiência de Joule demonstrou que o trabalho de forças externas podia provocar variações de temperatura. Ano letivo 2016/2017
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1ª LEI DA TERMODINÂMICA
Quando se enche um pneu com uma bomba, verifica-se que há um aumento do energia interna do sistema (há aquecimento). Ano letivo 2016/2017
Quando se utiliza uma botija CO2 para encher um pneu, diminuição de energia interna sistema (há diminuição temperatura). |
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de há do da
A variação da energia interna, ∆U, de um sistema não isolado é igual à soma da energia transferida como calor, Q, com a energia transferida como trabalho, W.
ΔU=W + Q Há realização de trabalho sobre o sistema (W>0)
correspondente à compressão do ar. ΔU > 0 (há aumento da energia interna).
O sistema realiza trabalho sobre a vizinhança (W<0) resultante da expansão do gás. ΔU < 0 (há diminuição da energia interna). Ano letivo 2016/2017
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O sul-coreano Suh Won-Gil inventou uma lata que, no momento em que é aberta,
arrefece a bebida nela contida. Apenas em quinze segundos, a temperatura da bebida no interior da lata diminui de 30ºC até 4ºC.
Do lado de fora, a lata é igual a qualquer outra, com as mesmas dimensões e material. Dentro, contém uma serpentina oca de metal, toda preenchida com dióxido de carbono a uma determinada pressão. Quando se abre a lata, o gás é
libertado bruscamente, provocando o arrefecimento da serpentina.
ΔU=W + Q Neste balanço energético considera-se: • positivos, o trabalho e o calor fornecidos ao sistema pelo exterior; • negativos, o trabalho e o calor cedidos pelo sistema ao exterior.
Nota: A transferência de energia como calor pode ser feita por
radiação, condução e/ou convecção. Ano letivo 2016/2017
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2ª LEI DA TERMODINÂMICA A transferência de energia como calor de um corpo a temperatura mais alta para o corpo a temperatura mais baixa é um processo irreversível, pois o processo inverso não ocorre espontaneamente. É a 2ª Lei da termodinâmica que define o sentido em que ocorre a transferência de energia. Um processo que consista exclusivamente na cedência de energia
como calor de um corpo a temperatura mais baixa para um corpo a temperatura mais elevada é impossível. Ano letivo 2016/2017
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Prof. Isabel Reis
Quando a bola cai ao chão, ocorrem deformações e aquecimentos.
Mesmo que, por ação de uma máquina ou do Homem, se voltasse a colocar a bola na sua posição inicial, o sistema e as suas vizinhanças já não estariam nas mesmas condições iniciais. O processo é, por isso, irreversível. O sentido de um processo irreversível é o da degradação de energia. No Universo há conservação de energia, no entanto, há uma contínua
diminuição de energia útil (degradação de energia). Ano letivo 2016/2017
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Quando ocorrem processo irreversíveis (e espontâneos) verifica-se sempre a passagem de um estado organizado para outro mais
desorganizado. Cubos de gelo a fundir são um exemplo
de um processo irreversível e de um aumento partículas,
da
desorganização
correspondendo
a
das um
aumento de entropia do sistema.
Entropia é uma medida da desordem microscópica do sistema.
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Num sistema isolado, a quantidade de energia Ăştil nunca aumenta.
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Máquinas térmicas As máquinas térmicas produzem trabalho à custa da transferência de energia como calor de uma fonte quente, transferindo parte dessa energia
para uma fonte fria. O rendimento de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho realizado pela máquina e a energia como
calor que a máquina recebe da fonte quente.
(%)
W Q1
100
O rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%. Ano letivo 2016/2017
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Um pouco de história…
James Watt (1736 -1819) foi um matemático e engenheiro escocês. Construtor de instrumentos científicos, destacou-se pelos melhorias que introduziu no motor a vapor, passo fundamental para a Revolução
Industrial. Embora o inventor da máquina a vapor tenha sido Thomas Newcomen, foi Watt quem produziu os avanços que seriam cruciais a esta nova tecnologia. Ano letivo 2016/2017
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A primeira máquina térmica foi construída por Heron de Alexandria, no séc. I d.C.
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Fonte quente
Fonte fria Ano letivo 2016/2017
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Diferentes fases de funcionamento de um motor de combustĂŁo interna de um automĂłvel. Ano letivo 2016/2017
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