Termodinâmica e estrutura da matéria

Introdução à termodinâmica

Sistema termodinâmico. Trabalho e calor. Capacidade calorífica, calor específico e calor latente. Os estados da matéria. Transições de fase. Temperatura. Transmissão de calor: convecção, condução e radiação.

Sistema termodinâmico

Exercícios

• Sistemas abertos, fechados e isolados

Trabalho e calor

Exercícios

• Diferenciais exatas e inexatas
• Trabalho em processos quase estáticos

Problemas

• Trabalho e calor em processos quase estáticos

Expansão térmica

Exercícios

• Dilatação linear

Capacidade calorífica e calor específico

Exercícios

• Variação de temperatura por variação de energia potencial gravítica
• Equilíbrio térmico como base para o cálculo do calor específico

Calor latente em mudanças de estado

Exercícios

• Variação de energia em mudanças de estado

?exercícios por catalogar/completar?

Problemas

• Bloco de cobre

Tópicos transversais sobre introdução à termodinâmica

Exercícios

• Grandezas intensivas e extensivas

Termodinâmica estatística (1)

O gás perfeito. Teoria cinética dos gases. Temperatura e energia cinética. Calor específico a volume e a pressão constante. Calor específico dos sólidos. Gases reais: equação de Van der Waals.

Gás ideal: teoria cinética dos gases

Exercícios

• Volume ocupado por um gás ideal
• Classificação de um gás ideal
• Classificação de um gás ideal (2)
• Uma âmpola especialmente permeável

Problemas

• Calor específico a volume e a pressão constante

?exercícios por catalogar/completar?

Exercícios

• Levantamento de um balão de ar quente
• Força necessária para abrir uma arca frigorífica

Problemas

• Ar seco
• Calor específico a volume constante pelo teorema da equipartição
• Equação de van der Waals

Termodinâmica macroscópica

Energia e Entropia. Os princípios da Termodinâmica. Transformações reversíveis e irreversíveis. Máquinas térmicas.

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Problemas

• A diferença de temperatura entre a superfície e o fundo do mar
• Uma máquina frigorífica

Termodinâmica estatística (2)

Física Estatística e Termodinâmica. Entropia e desordem. Postulados da Física Estatística. Distribuição de velocidades de Maxwell-Boltzmann.

?exercícios por catalogar/completar?

Exercícios

• Energia média e capacidade calorífica num sistema a 2 níveis
• Energia média na presença dum campo gravitacional uniforme

Problemas

• Valores médios de velocidades de um gás

As bases da física quântica

As bases da Física Quântica: radiação do corpo negro e a lei de Planck, efeito fotoeléctrico. As ondas de matéria e as relações de incerteza de Heisenberg.

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Problemas

• Filme fotográfico
• A radiação de fundo do Universo
• Um campista e a sua tenda

Estrutura da matéria

Estrutura da matéria: escalas de energia. Moléculas, átomos, núcleos e partículas. O spin e o princípio de exclusão de Pauli. Energia química e nuclear. As forças e partículas fundamentais do Universo.

Aplicações tecnológicas

Aplicações tecnológicas: Semicondutores e a electrónica moderna. Plasmas e fusão nuclear. Emissão estimulada e lasers. Nanotecnologia.