Física: Temperatura e Calor

Cartões · 51

Unidade do SI para temperatura

Kelvin (símbolo: K).

Definição macroscópica de temperatura

Grandeza física escalar que mede o grau de agitação térmica média das partículas de um corpo.

Conversão de Celsius para Kelvin

T(K) = T(°C) + 273,15.

Conversão de Kelvin para Celsius

T(°C) = T(K) - 273,15.

Conversão de Celsius para Fahrenheit

T(°F) = 1,8 * T(°C) + 32, ou T(°F) = (9/5)*T(°C) + 32.

Conversão de Fahrenheit para Celsius

T(°C) = (T(°F) - 32) / 1,8.

Relação linear geral entre escalas (°C, °F, K)

T(°C)/5 = (T(°F) - 32)/9 = (T(K) - 273,15)/5.

Zero absoluto

0 K (-273,15 °C), o estado teórico de mínima energia cinética molecular possível.

Ponto de fusão do gelo ao nível do mar

0 °C = 273,15 K = 32 °F.

Ponto de ebulição da água ao nível do mar

100 °C = 373,15 K = 212 °F.

Variação de temperatura: delta T em Celsius versus Kelvin

ΔT(°C) = ΔT(K). A variação numérica em Celsius é idêntica à em Kelvin.

Variação de temperatura: delta T em Celsius versus Fahrenheit

ΔT(°F) = 1,8 * ΔT(°C).

Equação fundamental da calorimetria (calor sensível)

Q = m * c * ΔT. Onde Q é o calor (J), m a massa (kg), c o calor específico (J/(kg·K)) e ΔT a variação de temperatura (K).

Unidade no SI de calor específico (c)

J/(kg·K) [Joule por quilograma-kelvin].

Capacidade térmica (C)

C = Q / ΔT = m * c. Unidade no SI: J/K (Joule por kelvin).

Equação do calor latente

Q = m * L. Onde L é o calor latente de transformação (J/kg). Não há variação de temperatura durante a mudança de fase de substância pura.

Lei Zero da Termodinâmica

Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

Equilíbrio térmico

Estado atingido por dois ou mais corpos quando cessam as trocas de calor entre eles e suas temperaturas se igualam.

Dilatação térmica linear

ΔL = L0 * α * ΔT. Onde L0 é o comprimento inicial, α é o coeficiente de dilatação linear (K^-1 ou °C^-1).

Dilatação térmica superficial

ΔA = A0 * β * ΔT. Para materiais isotrópicos, β = 2 * α.

Dilatação térmica volumétrica

ΔV = V0 * γ * ΔT. Para materiais isotrópicos, γ = 3 * α.

Unidade do coeficiente de dilatação térmica no SI

K^-1 (kelvin elevado a menos um).

Energia cinética translacional média por molécula de gás ideal

(Ec) = (3/2) * kB * T. Medida em Joules (J), onde kB é a constante de Boltzmann.

Constante de Boltzmann (kB)

kB ≈ 1,380649 × 10^-23 J/K.

Energia interna de um gás ideal monoatômico (U)

U = (3/2) * n * R * T. Medida em Joules (J), proporcional direta da temperatura absoluta.

Constante universal dos gases perfeitos (R)

R ≈ 8,314 J/(mol·K).

Equação de estado dos gases ideais (Clapeyron)

P * V = n * R * T. Onde P é pressão (Pa), V é volume (m³), n é mol, R é constante universal e T é temperatura (K).

Primeira Lei da Termodinâmica

ΔU = Q - W. Onde ΔU é a variação da energia interna (J), Q é o calor trocado (J) e W é o trabalho realizado (J).

Transformação isotérmica de um gás ideal

Processo no qual a temperatura se mantém constante (T = cte, ΔT = 0). Portanto, ΔU = 0 e Q = W.

Transformação isobárica de um gás ideal

Processo realizado à pressão constante (P = cte). A variação de volume é proporcional à temperatura: V1/T1 = V2/T2.

Transformação isocórica (isovolumétrica)

Processo com volume constante (V = cte). A pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta: P1/T1 = P2/T2.

Transformação adiabática em termos de temperatura e volume

T * V^(γ - 1) = constante, onde γ = Cp / Cv é o coeficiente de dilatação adiabática.

Rendimento da máquina de Carnot

η = 1 - (T_fria / T_quente). As temperaturas devem ser expressas estritamente em Kelvin (K).

Teorema de Carnot

Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixas pode ser mais eficiente que a máquina de Carnot reversível.

Entropia infinitesimal em processo reversível (dS)

dS = dQ_rev / T. Unidade no SI: J/K (Joule por kelvin).

Segunda Lei da Termodinâmica (enunciado de Clausius)

O calor não pode fluir espontaneamente de um corpo de menor temperatura para outro de maior temperatura sem realização de trabalho externo.

Lei de Fourier para condução térmica

q = -k * A * (dT/dx) ou Φ = k * A * (ΔT / L). Onde k é a condutividade térmica (W/(m·K)) e Φ o fluxo de calor (W).

Unidade SI de condutividade térmica (k)

W/(m·K) [Watt por metro-kelvin].

Lei do resfriamento de Newton (convecção)

q = h * A * (T_superfície - T_fluido). Onde h é o coeficiente de transferência por convecção (W/(m²·K)).

Lei de Stefan-Boltzmann (radiação térmica)

P = ε * σ * A * T^4. Onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann (5,67 × 10^-8 W/(m²·K^4)) e T está em Kelvin.

Lei do deslocamento de Wien

λ_max * T = b, onde b ≈ 2,898 × 10^-3 m·K. O comprimento de onda do pico de emissão é inversamente proporcional à temperatura.

Temperatura termodinâmica (definição estatística)

1/T = (∂S/∂U)_V,N. A temperatura absoluta é a derivada da entropia em relação à energia interna a volume e partículas constantes.

Velocidade média quadrática (v_rms) em um gás ideal

v_rms = sqrt(3 * R * T / M) = sqrt(3 * kB * T / m), expressa em m/s.

Ponto triplo da água

273,16 K (0,01 °C) à pressão de 611,65 Pa. Estado onde coexistem sólido, líquido e vapor em equilíbrio.

Temperatura crítica

A temperatura máxima acima da qual um gás não pode ser liquefeito apenas por aumento de pressão.

Relação de Mayer para gases ideais

Cp - Cv = R. Onde Cp e Cv são as capacidades térmicas molares a pressão e volume constantes (J/(mol·K)).

Coeficiente de expansão térmica volumétrica (definição diferencial)

β = (1/V) * (∂V/∂T)_P. Mede a fração da variação de volume por variação unitária de temperatura a pressão constante.

Energia livre de Gibbs

G = H - T * S. Onde H é a entalpia (J), T a temperatura (K) e S a entropia (J/K).

Energia livre de Helmholtz

F = U - T * S. Onde U é a energia interna (J), T a temperatura (K) e S a entropia (J/K).

Terceira Lei da Termodinâmica (Teorema de Nernst)

A entropia de um cristal perfeito aproxima-se de zero quando a temperatura absoluta tende a zero kelvin (T -> 0 K).

Equação de van der Waals (gases reais)

(P + a*n^2/V^2) * (V - n*b) = n * R * T. Ajusta o modelo ideal considerando interações atrativas (a) e volume molecular (b).