Termodinâmica
Código
10540
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Física
Créditos
6.0
Professor responsável
Rui Filipe dos Reis Marmont Lobo
Horas semanais
6
Total de horas
71
Língua de ensino
Português
Objectivos
No final desta unidade curricular o estudante terá adquirido conhecimentos, aptidões e competências
- nos processos físicos e respectivas leis que ocorrem em sistemas termodinâmicos, aplicada à análise de problemas de transferência de calor, e de conversão de calor em trabalho ou vice-versa, em particular a) fenómenos de transferência de calor como a condução, a convecção e a radiação, e aquisição de competências para implementação de sistemas dissipadores ou isoladores do calor elementares; b) estudo de transições de fase; c) comprensão de ciclos termodinâmicos com o objectivo do estudo de máquinas térmicas, frigorificas e de bombas de calor, que lhes permita calcular rendimentos ou eficiências em ciclos operando com gás ideal em processos reversíveis; d) potenciais termodinâmicos; e) teoria cinética de gases; f) verificação experimental em aulas de laboratótio de alguns dos procesos físicos anteriormente descritos, e aquisição de competências na elaboração de relatórios e na análise de resultados experimentais.
- na diferença de interpretação clássica e estatísitica das propriedades termodinâmicas
- em sistemas termodinâmicos isolados, fechados e abertos
Pré-requisitos
É recomendada aprovação prévia nas disciplinas de
"Física I" (Mecânica) e "Análise Matemática I", em particular derivação e integração.
Conteúdo
1 Introdução
2. Conceitos fundamentais
2.2 Sistema termodinâmico
2.3 Propriedades termodinâmicas
2.4 Processos termodinâmicos
3. Temperatura e equação de estado
3.1 Propriedades termométricas
3.2 Equilíbrio térmico
3.3 Escalas de temperatura
3.4 Equação de estado de um gás ideal _ Superfície P-v-T
3.5 Equação de estado de um gás real
3.6 Transformações físicas
4. Teoria cinética
4.1 Teorema de equipartição de energia
4.2 Teoria clássica dos calores específicos
4.3 Distribuição de Maxwell-Boltzmann
5. Conservação de energia _ Primeira lei da termodinâmica
5.1 Considerações iniciais
5.2 Trabalho
5.3 Calor
5.4 Entalpia
5.5 Capacidade calorífica e calor latente de transformação
5.6 Equações de energia interna
5.7 Máquinas térmicas e máquinas frigoríficas.
5.8 Transferência de calor
6. Entropia _ Segunda lei da termodinâmica
6.1 2ª lei – Enunciados de Kelvin e de Clausius
6.2 Teorema de Carnot
6.3 Temperatura termodinâmica
6.4 Entropia
6.5 Variação de entropia em processos reversíveis
6.6 Desigualdade de Clausius
6.7 Princípio de aumento de entropia
7. Aplicações da primeira e segunda lei da termodinâmica
7.1 Descrição das leis combinadas com T e V como variáveis independentes
7.2 Descrição das leis combinadas com T e P como variáveis independentes
7.3 Equações TdS
7.4 Propriedades de uma substância pura
7.5 Propriedades de um gás ideal
7.6 Propriedades de um gás de van der Waals
8. Introdução à Termodinâmica Estatística
8.1 Definição estatística de entropia. Condição de equilíbrio num sistema isolado.
8.2 Condições gerais de equilíbrio. Potenciais termodinâmicos. Relações de Maxwell.
9. Terceira lei da termodinâmica
9.1 Entropia, Zero absoluto e a 3ª lei
9.2 Consequências da 3ª lei
10. Sistemas abertos e equilíbrio de fases. Eq. de Clausius-Clapeyron.
11. Fluxo estacionário e conservação de energia
Bibliografia
Obras Editadas:
- M. W. Zemansky, R. H. Dittman, Heat and Thermodynamics, 6th Ed.
- Y. A. Çengel, M. A. Boles, Termodinâmica, 3ª Ed.
- É fundamental o estudo do curso que vai sendo actualizado e disponibilizado no decurso das aulas em PPoints, pois apresenta toda a sequência de matérias necessárias.
- Ver ainda em documentos de apoio:
Medida em Física.
Sebenta de Apoio de Física II
Método de ensino
Informações gerais sobre o funcionamento da disciplina tais como regras, datas importantes, notas das avaliações e outras informações complementares estão disponíveis na página da disciplina no Clip. Documentação necessária e detalhada quanto à realização das aulas práticas deverá ser consultada no CLIP na pasta “Protocolos”.
As aulas, de cada turno teórico, decorrem em 2 sessões semanais de hora e meia cada uma. As aulas teóricas não são obrigatórias. Recorrem quer ao uso do quadro (tradicional) para demonstrações matemáticas e outras, e ainda ao uso de slides e power points como textos de apoio teórico complementar.
A componente prática da unidade curricular é composta por resolução de problemas no quadro e por realização de trabalhos práticos com escrita dos respectivos relatórios.
Método de avaliação
Frequência:
É obrigatória frequência à disciplina. A frequência é obtida quando a classificação mínima da Componente Prática for igual a 10 valores.
A frequência obtida em anos anteriores é válida no presente ano lectivo.
Componente PRÁTICA:
4 Sessões de laboratório com relatório escrito + 5 Sessões de resolução de problemas
Classificação obtida para FREQUÊNCIA (F):
F=F1-n F1/10-m F1/10 com F1=(R1+T1+R2+T2)/4
onde Ri e Ti são as notas dos dois melhores relatórios em grupo e sessões de problemas individuais.
n - número de faltas às aulas de laboratório:
Se n=1 há penalização ver fórmula abaixo.
Se n=2 não obtém frequência.
m- número de faltas às aulas de problemas:
se m> 1 há penalização.
Notas Ri e Ti e F e F1 arredondadas à unidade.
Obtém frequência se F maior ou igual a 10 valores (0-20 valores)
Componente TEÓRICA:
2 testes escritos (T1,T2) com escolhas múltiplas, resposta aberta e problemas
NOTAS INTERMÉDIAS DOS TESTES: Arredondadas às décimas.
APROVAÇÃO com avaliação contínua se:
Obtém aprovação à disciplina
Se F maior ou igual a 10 valores (0-20 valores) e se (T1+T2)/2 maior ou igual a 10 valores.
Nota final FG
FG1=0.4 F + 0.6 (T1+T2)/2.
Reprovado com avaliação contínua mas acesso a exame se:
F nota mínima 10 valores.
APROVAÇÃO por exame se:
FG2=0.4 F + 0.6 Exame
F nota mínima 10 valores e se Exame maior ou igual a 10 valores, FG2 nota mínima 10 valores.
DEFESA DE NOTA
No caso de o(a) estudante ter obtido classificação final maior ou igual a 17 valores (0-20) terá lugar uma defesa de nota através de uma prova adicional (ex: oral). Em caso de falta ou desistência à prova de defesa de nota, a classificação final será 16 valores. Na prova adicional de defesa de nota a classificação obtida poderá ser igual ou inferior (em um valor) à classificação trazida para a defesa.