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Lista Física Térmica 3º bimestre 2022

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3º BIMESTRE 2022 ( Slides 1)

 

FÍSICA TÉRMICA (3º BIMESTRE 2022)

 

CONCEITO DE TEMPERATURA

 

O fenômeno temperatura é um dos mais presentes em nosso cotidiano. No entanto, há uma grande dificuldade dos alunos em romper com o senso comum, pois tal conceito é visto como sinônimo de calor.

            O conceito de temperatura pode ser analisado por dois caminhos: macroscópico ou microscópico. Quando tratamos o conceito do ponto de vista microscópico será analisada a intensidade de energia nas partículas e a absorção e emissão de fótons entre partículas. No entanto, está produção apresentará o conceito de temperatura de um aspecto fenomenológico, ou seja, do ponto de vista macroscópico.

Temperatura é definida inicialmente como uma grandeza física que caracteriza o estado de equilíbrio de um sistema termodinâmico que pode ser medido por meio de instrumentos. Para tanto, pode se afirmar que o sistema se encontra em estado de equilíbrio toda vez que a temperatura se encontra igual em todo o sistema, para tanto, o sistema não poderá ter variação de volume, pressão e densidade ao percurso do tempo.

Observa-se que a temperatura estabelece algumas atividades do sistema termodinâmico, como o fluxo de energia e agitação térmica, os quais produzem muitas vezes confusão, quando são trabalhados com os estudantes os conceitos de Temperatura e Calor. Desta forma, será adotado a metodologia de determinar o conceito de temperatura e de  calor para poder proporcionar uma distinção entre os dois conceitos.

            Será apresentada a Lei Zero da Termodinâmica com a finalidade de compreensão do fenômeno de temperatura, e em seguida apresentação do conceito de fluxo de energia (calor), permitindo assim uma distinção entre os dois conceitos. Tendo em vista que os dois conceitos tem a energia como fator primordial.

 

Lei Zero da Termodinâmica

            O estado de equilíbrio é de extrema importância na Termodinâmica, de tal forma que o sistema que se encontra em estado físico de não equilíbrio ele tenderá, após um tempo de relaxação, a entrar em estado de equilíbrio.

            O estado de equilíbrio poderá ser caracterizado basicamente percorrendo dois caminhos. Sendo o mais simples e usual o que se baseia nas propriedades de densidade, pressão e temperatura, na qual, estas propriedades vão indicar estado de equilíbrio quanto todos os subsistemas que compõem o sistema apresentarem os mesmos valores.

 Destaca-se a temperatura como principal fator para a caracterização de equilíbrio. Para tanto, será considerado, no experimento abaixo, a pressão e volume constante dos sistemas, na qual, a temperatura será o fator analisado no processo de equilíbrio.

O experimento terá com princípio a Lei Zero da Termodinâmica, a qual, afirma que se um corpo “A” se encontra em equilíbrio térmico com um corpo “C”, e este se encontra em equilíbrio térmico com um corpo “B”, então poderá ser afirmado que o corpo “A” também se encontra em equilíbrio com o corpo “B”.

 

C
A		B

 

Obs. O sistema “A” se encontra separado do sistema “B” por uma parede adiabática (não permite o fluxo de calor), em quanto, a parede “C” se encontra separada dos sistemas “A” e “B” por uma parede diatérmica (permite fluxo de calor). 

 

Inicialmente os sistemas poderão se encontrar em desequilíbrio (com temperaturas diferentes entre si), nos quais, após um período de relaxação entraram em equilíbrio. No experimento abaixo, com uma simples observação, é possível chegar à conclusão que não ocorrerá o equilíbrio térmico entre os três sistemas, pois a parede adiabática não permitirá o fluxo de energia entre o sistema C e os demais.

 

 

 

C
A	B

           

Como já foi dito anteriormente, temperatura e calor envolvem a energia. No caso de temperatura pode ser observado que os subsistemas do sistema se encontram em estado de equilíbrio energéticos, ou seja, todas as partículas se encontram no mesmo grau de vibração. No caso apresentado acima, o equilíbrio proposto é entre os sistemas, ou seja, todos os sistemas em equilíbrio apresentam as partículas no mesmo grau de vibração ou mesmo nível energético.

 

Fluxo de energia (calor)

O fluxo de energia sempre vai ocorrer de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura. Desta forma, observa-se que a diferença de temperatura é quem estabelece o fluxo de energia

Para uma melhor compreensão será proposto a análise de uma situação hipotética, considerando dois sistemas próximos com temperaturas diferentes, sendo o sistema “A” com temperatura mais elevada e o sistema “B” com temperatura menos elevada.

 

            Neste caso de sistemas em interação e admitindo se a conservação de energia, será definido calor como diferença de energia, na qual, a soma das energias iniciais será igual a soma das energias finais dos sistemas envolvidos. Assim teremos:

 

Ao analisar o caso hipotético acima poderá ser observado a diferença da relação de energia do calor com a temperatura. No calor há uma diferença de grau de energia entre os sistemas e o que se observa é o fenômeno de fornecimento de energia térmica de um sistema para o outro, ou seja, é o trânsito de energia térmica do sistema “A” para o sistema “B” espontaneamente.

MOURA,H. A, 2020.