Fisica Termica

Identificação
Unidade Curricular
Física Térmica
Curso
Física
Grau
Licenciatura
Nível
200
Código
F203
Tipo
Obrigatória
ECTS
7,5
Departamento
Física
Objectivos
•
•
•
•
•
•
Conhecer noções, métodos e leis da Termodinâmica Clássica.
Saber aplicar as leis da Termodinâmica na análise de situações do dia-a-dia.
Compreender a abordagem microscópica e estatística dos sistemas físicos e a sua relação com os resultados da
Termodinâmica.
Conhecer alguns resultados básicos de Teoria Cinética dos gases e familiarizar-se com aspectos microscópicos e
ordens de grandeza.
Conhecer algumas aplicações da Física Térmica a sistemas clássicos e quânticos.
Efectuar ligações a problemas de tecnologia.
Competências Principais
•
•
•
•
Competências de resolução de problemas.
Compreensão teórica.
Modelização e resolução de problemas.
Cultura em Física.
Avaliação
Exame escrito.
Programa Resumido
Abordagens macroscópica e microscópica da Física Térmica. Termodinâmica clássica: noções básicas, princípios
fundamentais. Aplicações. Potenciais termodinâmicos. Condução térmica. Teoria cinética dos gases: propriedades de
equilíbrio e de transporte. Gases reais. Física Estatística: descrição microscópica de sistemas físicos. Distribuição de
Boltzmann. Aplicações – calor específico de sólidos e de gases diatómicos, radiação térmica
Licenciatura em Física – Física Térmica (F203)
1
Planeamento
Objectivos de Aprendizagem
Actividades
Horas
T
Descrições macroscópica e microscópica de sistemas
físicos.
Aulas
Sessões Problemas
Estudo Privado
TP
2
P
EP
Total
4
Equilíbrio térmico. Princípio Zero da Termodinâmica.
Termómetros e escalas de temperatura.
2
1,5
4
Energia interna dum sistema macroscópico. Significado
microscópico. Trocas de energia sob a forma de trabalho e
de calor. Primeiro Princípio da Termodinâmica.
4
3
12
Expansão livre de um gás. Experiência de Joule.
3
1.5
20
3
1,5
20
Limite dos gases ideais: Equação de estado, energia
interna, equação das adiabáticas, ciclo de Carnot.
Máquinas térmicas e frigoríficas.
Transformações irreversíveis.
2º Princípio da Termodinâmica – diferentes enunciados.
Entropia. Variação da entropia e evolução espontânea
dum sistema isolado.
Entropia de um gás perfeito. Cálculo da variação de
entropia na expansão livre de um gás perfeito e em outros
processos termodinâmicos.
3º Princípio da Termodinâmica. Consequências.
1
Potenciais Termodinâmicos e relações de Maxwell.
Exemplos de aplicação.
Sistemas com fases distintas. Transições de fase.
Diagramas de fase de substâncias simples.
Equilíbrio líquido-vapor.
4
1,5
8
Processos de transferência de calor.
Condução térmica. Lei de Fourier (condutividade
térmica). Aplicações.
2
1.5
6
Variáveis aleatórias discretas e contínuas. Densidade de
probabilidade, valor médio, variância, desvio padrão.
Distribuição binomial. Distribuição gaussiana.
Distribuições de mais do que uma variável. Variáveis
independentes.
2
1.5
10
Teoria cinética dos gases perfeitos.
Distribuição de velocidades de Maxwell-Boltzmann.
Gases reais. Equação de van der Waals.
6
3
12
Licenciatura em Física – Física Térmica (F203)
2,5
2
Objectivos de Aprendizagem
Actividades
Horas
A abordagem da Física Estatística. Macroestados e
microestados de um sistema. Exemplos.
Postulado Fundamental da Física Estatística para sistemas
isolados.
Discussão estatística do 2º Princípio da Termodinâmica.
Distribuição de Boltzmann.
Aplicações: sistemas com dois níveis de energia, gás
perfeito monoatómico, oscilador harmónico clássico e
quântico.
6
3
18
Calor específico dos sólidos: Teorias clássica e de
Einstein.
Capacidade calorífica de gases diatómicos. Necessidade
de quantificação das energias de rotação e de vibração.
Radiação térmica. Leis de Planck, Wien e StefanBoltzmann.
Propriedades dos corpos relativamente à emissão,
absorção e reflexão da radiação.
Aplicações: Radiação cósmica de fundo, efeito estufa, etc.
7
3
23
Totais
42
21
139,5
202,5
Bibliografia
•
•
•
•
Classical and Statistical Thermodynamics, A. Carter
Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, F. Reif
Thermal Physics, Kittel e Kroemer
Thermal Physics, R. Baierlein
Licenciatura em Física – Física Térmica (F203)
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