Física II

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) entropia e sua produção em processos concretos ; e) potenciais termodinâmicos; 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.

 

 

Caracterização geral

Código

10353

Créditos

6.0

Professor responsável

António Alberto Dias, Filipe Ribeiro Ferreira da Silva

Horas

Semanais - 5

Totais - 69

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

É recomendada a aprovação prévia nas disciplinas de

 "Análise Matemática I"

e

 "Física I".

Bibliografia

A: Engineering Thermodynamics; F. F. Huang

B: Fundamentals of Physics; Halliday/Resnick/Walker

C: Física (um curso universitário); Alonso e Finn ed. Brasileira, 1981, vol 1

D: Apontamentos de Termodinâmica

E: Physics; Kane & Sternheim

F: Physics; Paul Tipler and Gene Mosca

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 à realização das aulas práticas deverá ser consultada no no CLIP na pasta “Protocolos”. O programa, conteúdos programáticos das aulas e a bibliografia, estão disponíveis na página da disciplina no clip.  

A unidade curricular de Física II está dividida nas seguintes componentes: Teórico (T); Teórico-Prático (TP); e numa componente prática (P ). As aulas teóricas, T,  têm a duração de 2,5 h semanais (1 h + 1:30 h) e as aulas TP, têm a duração 1 h semanal. As aulas P, tem carga horária de duas horas, de duas em duas semanas.

As aulas T servem para introduzir os estudantes no conteúdo estrutural desta unidade curricular. Nas aulas TP far-se-á a discussão e a resolução problemas de aplicação dos conceitos expostos nas T. Nas aulas P, laboratoriais, são realizados trabalhos experimentais com o objectivo de acompanhar e verificar fenómenos e processos físicos descritos nas aulas teórico-práticas e a desenvolver competências na montagem de laboratório e na experimentação. Servem também a introduzir ao manuseamento de aparelhos de (multímetros, balança, termómetros, IGNOREes de tensão, IGNOREes de calor, etc …).

Método de avaliação

Artigo 1.º - Componente Teórica – T
1. A participação ativa em aula obriga à inscrição num turno teórico, T.
2. A avaliação desta componente é efetuada através de prova de conhecimentos por testes ou exame.
3. As datas dos momentos de avaliação e a informação sobre a forma de inscrição nestas encontram-se no Clip.
4. No âmbito da avaliação contínua serão efetuados 2 testes ao longo do semestre, cuja classificação é arredondada às décimas.
5. A classificação da componente T (CT) é a média aritmética, arredondada à unidade, das classificações obtidas nos testes ou a classificação do exame final.
6. Os estudantes que obtenham uma classificação CT igual ou superior a 10 valores obtêm aprovação na componente teórica.

Artigo 2.º - Componente Teórico-Prática - TP
1. As aulas teórico-práticas são obrigatória para alunos sem frequência.
2. Nestas aulas serão discutidos e resolvidos problemas sobre a matéria lecionada nas aulas teóricas.
3. A série de problemas e os exercícios propostos para todas as sessões será divulgado no Clip no início do semestre.

Artigo 3.º - Componente Prática - P
1. As aulas práticas, destinam-se a todos os estudantes que não tenham frequência ou para alunos com frequência obtida antes do ano letivo 2020-2021.

2. As aulas práticas têm duração de duas horas e funcionarão em semanas alternadas, salvo situações pontuais.

3. Na primeira aula prática de cada turno serão: a) apresentadas em detalhe as regras de avaliação desta componente; b) confirmada presencialmente a inscrição no turno; c) constituídos os grupos de trabalho (1 ou 2 estudantes por grupo); d) efetuada uma revisão sobre a análise de resultados.

4. Os estudantes que não satisfaçam o nº 3.b) terão a sua inscrição no turno prático cancelada.

5. A falta à 1ª actividade laboratorial, implica a inscrição do turno anulada.

6. Alunos abrangidos pelos nºs 4 e/ou 5, devrão inscrever-se novamente nos sorteios de turnos.

7. Nas aulas práticas serão realizados seis trabalhos de laboratório.

8. O mini-relatório de cada trabalho prático é classificado de 0 a 20 valores. A ausência à aula ou a não entrega do mini-relatório é classificada com zero valores. Para efeitos de classificação serão considerados apenas os cinco melhores mini-relatórios e destes será calculada a média aritmética MR.

9. Os alunos com dois ou mais mini-relatórios classificados com zero valores não obtêm aprovação na componente prática.

10. Haverá um teste prático, TP, classificado de 0 a 20 valores, no final do semestre, individual e sem consulta, envolvendo questões de todos os seis trabalhos previstos.

11. A classificação da componente prática CP, arredondada à unidade, é : CP = 0,7xMR + 0,3xTP.

12. Os alunos com classificação final na componente prática CP superior ou igual a dez valores obtêm aprovação na componente prática.

Artigo 4.º - Frequência
1. Os estudantes que participem, em pelo menos, 2/3 das aulas TP e obtenham aprovação na componente P, obtêm frequência nesta Unidade Curricular (UC).
2. A frequência obtida anteriormente letivos mantém-se. Os estudantes com frequência não se podem inscrever nos turnos práticos, nem nos turnos TP.
3. A lista dos estudantes que obtiveram frequência em anos anteriores estará no CLIP em "Documentação de Apoio > Outros, a partir do final da primeira semana de aulas, e se não houver nenhuma reclamação para o e-mail f.ferreiradasilva@fct.unl.pt até ao 23 de setembro de 2022, considera-se definitiva.

Artigo 5.º - Aprovação
1. Os estudantes com frequência que obtenham uma nota T maior ou igual a dez valores obtêm aprovação na UC.

Artigo 6.º - Classificação Final
1. A classificação final (CF) é o resultado da seguinte expressão aproximado à unidade:
CF = CT×0,7 + CP×0,3

Artigo 7.º - Melhoria de Nota
1. Os estudantes que pretendam efetuar melhoria de nota devem cumprir, para esse efeito, as formalidades legais de inscrição.
2. Os estudantes que obtenham classificação final, por melhoria, superior a 16 valores ficam sujeitos às condições descritas nos pontos 2, 3 e 4 do Artigo 6.º.

Artigo 8.º - Conduta em Aula
1. Para que todos beneficiem da experiência de aprendizagem é exigido aos estudantes que respeitem nas aulas o seguinte:
a. Pontualidade: Os estudantes deverão estar presentes na sala à hora de começo da aula. Os docentes poderão impedir a entrada dos estudantes que cheguem mais de 5 minutos atrasados;
b. Preparação das aulas e participação nas discussões: A participação ativa exige que os estudantes preparem a matéria apresentada e discutida nas aulas, e que contribuam para as discussões.

Artigo 9.º - Testes e Exame
1. Cada teste incidirá essencialmente sobre toda a matéria lecionada nas aulas Teóricas até à aula anterior ao teste.
2. Apesar de a avaliação nos testes não ser cumulativa, e devido à natureza dos assuntos abordados nesta UC, não é excluído que um elemento de avaliação se socorra de conhecimentos respeitantes à matéria avaliada em elemento(s) anterior(es).
3. O horário e salas dos testes e exame serão publicados no CLIP, no dia da prova.
4. Os estudantes só poderão ter consigo durante a prova de avaliação:
a. Caneta/esferográfica;
b. Documento de identificação com fotografia;
c. Máquina de calcular científica, não programável e não gráfica.
5. Durante a realização das provas não é permitido a consulta de quaisquer elementos pessoais ou de outrem, para lá do formulário distribuído com a prova.
6. Não é permitido desagrafar as folhas dos enunciados.
7. A prova será anulada se não forem satisfeitos os n.ºs 4, 5 ou 6.
8. Situações de fraude, em qualquer momento de avaliação, serão tratadas como indicado no regulamento de avaliação de conhecimentos desta Faculdade.

Artigo 10.º - Outros
1. Quando contactar por mensagem eletrónica, qualquer docente, deve indicar no “Assunto” a seguinte informação: “Física II - Nome – N.º de estudante – Assunto”. 
2. Questões cuja resposta conste nos Método de Avaliação ou na página desta UC no CLIP, não são respondidas.

Conteúdo

1. Energia Interna
1.1 Revisões sobre a grandeza Energia.
1.2 Energia Interna.

2. Teoria Cinética dos Gases
2.1 Pressão. Temperatura.
2.2 Equipartição de Energia. Distribuição de velocidades de Maxwell Boltzmann.
2.3 Livre Percurso Médio. Difusão. Pressão Osmótica.

3. Sistema e propriedades Termodinâmicas
3.1 Sistema Termodinâmico.
3.2 Propriedades Termodinâmicas.
3.2.1 Temperatura. Lei Zero da Termodinâmica.
3.2.1.1 Propriedades termométricas.
3.2.1.2 Escalas de temperatura.
3.2.1 Pressão: barométrica, manométrica, absoluta.

4. Equilíbrio, processos e equação de estado
4.1 Equilíbrio Termodinâmico.
4.3 Processos.
4.4 Equação de Estado e superfície PVT.
4.5 Equação de estado de um gás ideal.
4.6 Equação de estado de um gás real.

5. Transição de fase e coeficiente termoelásticos
5.1 Transição de fase.
5.2 Diagramas PV, PT e PVT.
5.3 Coeficiente Termoelástico: expansibilidade e compressibilidade.

6. Dinâmica de Fluidos
6.1 Densidade e Pressão: barométrica, manométrica e absoluta
6.2 Princípio de Arquimedes
6.3 Equações de Continuidade e de Bernoullie
6.4 Aplicações: Voar; Tubo de Venturi.
6.5 Viscosidade; regimes de movimento de fluidos viscosos
6.6 Lei de Poiseuille

7. Calor e trabalho
7.1 Calor
7.1.1 Capacidade calorífica e calor específico.
7.2 Equivalente mecânico do calor.
7.3 Trabalho.
7.4 Função de processo e função de estado.

8. Primeira Lei da Termodinâmica
8.1 Primeira Lei da Termodinâmica.
8.2 Casos limite.
8.3 Entalpia e calor latente.
8.4 Equações de energia interna.
8.5 Processo adiabático.

9. Transferência de calor
9.1 Condução.
9.2 Convecção.
9.3 Radiação.

10. Segunda Lei da Termodinâmica
10.1 Segunda Lei – Enunciados de Kelvin e de Clausius.
10.2 Teorema de Carnot. Temperatura Termodinâmica.
10.3 Entropia.
10.4 Processos reversíveis e irreversíveis; Desigualdade de Clausius.
10.5 Visão microscópica de Entropia.

11. Primeira + Segunda Leis da Termodinâmica
11.1 Equações TdS; Exemplos de Aplicação.
11.2 Diagramas TS.
11.3 Entropia da transição de fase.

12. Máquinas térmicas, máquinas frigoríficas e bombas de calor
12.1 Máquina Térmica. Análise do ciclo Termodinâmico. Rendimento.
12.2 Máquina de Carnot. Máquina de Stirling. Ciclo de Rankine. Motor de Otto. Motor Diesel.
12.3 Motores de combustão interna – Ciclo de Otto
12.4 Máquina frigorífica. Análise do ciclo Termodinâmico. Eficiência.
12.4.1 Processo Joule-Thomson.
12.5 Bomba de calor. Análise do ciclo Termodinâmico. Eficiência.

13. Potenciais Termodinâmicos
13.1 Energia Interna. Entalpia. Energia de Helmholtz. Energia Gibbs.
13.2 Evolução do sistema para o equilíbrio.
13.3 Diagramas GT e ST.
13.4 Relações de Maxwell.

14. Terceira Lei da Termodinâmica e Sistemas Abertos
14.1 Teorema Nernst.
14.2 Consequências da Terceira Lei.
14.3 Equações dos potenciais termodinâmicos modificadas. Potencial químico.
14.4 Transição de fase. Equação de Clausius-Clapeyron.
14.5 Visão termodinâmica da difusão.