Termodinâmica: Conceitos e Aplicações

Albedo e Fluxo de Energia

O albedo é a capacidade de diferentes tipos de superfície para refletir a energia solar para a atmosfera.

Balanço do Fluxo de Energia

Os fluxos de radiação à superfície convergem da seguinte forma:

• K: fluxo de radiação solar (S + D)
• K: fluxo de radiação terrestre
• L: fluxo de calor sensível na atmosfera
• H: fluxo de calor sensível no solo
• C: fluxo de calor latente

Fluxo Radiativo da Superfície do Sistema Climático

Se Ts = 288 °K (15 °C), então:

IN = ou T4 = 0,817 x Ly-1 min 10-10 K-4 (288 °K) 4

PT = 0,562 min-1 = 290 Kcal Ly cm-2 ano-1

Uma vez que S = Ly-1 1,94 min, então a energia total que intercepta a superfície é:

Ð S R2

A energia total por unidade de área incidente que Q0 corresponde a 100% é:

Ð S Q0 = R2 / 4 ð R2 = S / 4

Q0 = 0,485 min-1 = 250 Kcal Ly cm-2 ano-1

Gases Ideais

Um gás ideal consiste em partículas (moléculas) em movimento aleatório. O número total de moléculas é grande, o volume das moléculas é negligenciável em relação ao gás, não há forças atuando sobre as moléculas, as colisões são elásticas e o seu comprimento é desprezível.

Lei de Boyle

Dada uma massa de gás, o volume que ela ocupa é inversamente proporcional à pressão quando a temperatura é mantida constante, ou seja:

P ∝ 1 / V

Considerando dois estados, um inicial e um final, observa-se experimentalmente que, se no estado inicial a pressão é p1 e o volume é V1 à temperatura T, no estado final, quando p2 = 2p1 à temperatura T, o volume V2 será:

V2 = ½ V1

Isto é, p1 V1 = p2 V2 = k, onde k é uma constante para cada determinada massa de gás a uma dada temperatura.

Lei de Gay-Lussac

Se p = constante, quando aquecido, um gás sofre uma expansão, se a pressão permanece constante. A variação do volume segue a lei:

V = V0 (1 + αpt)

Onde αp é o coeficiente de expansão dos gases a pressão constante.

Para uma temperatura inicial de 0 ºC a P é constante e seu valor para qualquer gás é αp = 1 / 273,15 ºC. Substituindo este valor em (3.3), temos:

V / V0 = 1 + t / 273,15 = (273,15 + t) / 273,15 = T / T0

Isto é, V / V0 = T / T0 onde T (K) = 273,15 + t (ºC) e T0 = 273,15 K = 0 ºC.

Lei de Dalton

Ao considerar uma mistura de gases, a pressão total exercida por ela é igual à soma das pressões parciais exercidas por cada um dos gases que compõem a mistura, ou seja:

p = p1 + p2 + ... + pn = Σ pi

Calor e Calor Específico

Calor é definido como: Q = c • m · (Tf - Ti), onde Q representa o calor liberado ou absorvido, m a massa do corpo e Tf e Ti as temperaturas final e inicial, respectivamente.

• Q é positivo se a temperatura final é maior que a inicial (Tf > Ti) e negativo no caso contrário (Tf < Ti).
• Caloria (cal): A quantidade de calor necessária para fornecer a um grama de água para aumentar a temperatura de 14,5 ºC a 15,5 ºC.
• Quilocaloria (kcal): A quantidade de calor necessária para fornecer a um quilograma de água para aumentar a temperatura de 14,5 ºC a 15,5 ºC. 1 kcal = 1000 cal.
• Unidade Térmica Britânica (BTU): A quantidade de calor necessária para fornecer a uma libra de água para aumentar a temperatura de 63 ºF a 64 ºF. 1 BTU = 252 cal.

A relação entre a caloria e a unidade de energia mecânica é chamada de Joule, determinada experimentalmente como: 1 cal = 4,186 joules.

O calor específico de uma substância é, portanto, equivalente a uma quantidade de calor por unidade de massa e temperatura, ou, em outras palavras, o calor que deve ser fornecido à unidade de massa de uma determinada substância para aumentar a temperatura em um grau. C = Q / ΔT

• Cv: Calor específico a volume constante. Cv = (dQ / dT)v = constante
• Cp: Calor específico a pressão constante. Cp = (dQ / dT)p = constante

Primeiro Princípio da Termodinâmica

dQ = dU + p dV

Processo Adiabático

dU = - dW

Durante uma expansão adiabática, o trabalho é feito no ambiente e é positivo, então é evidente que o trabalho é feito à custa da energia interna, ou seja, dU é negativo e dT também será negativo. Então, durante uma expansão adiabática, haverá uma diminuição na temperatura.