Apostila Termodinânica 1

Apostila Termodinânica 1

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Capítulo – 1 - Termodinâmica Aplicada - pág - 2

1 - CONCEITOS FUNDAMENTAIS

1.1 - Sistema Termodinâmico

para a qual nossa atenção está voltadaDemarcamos um sistema termodinâmico
em função daquilo que desejamos calcularTudo que se situa fora do sistema

Sistema termodinâmico consiste em uma quantidade de matéria ou região termodinâmico é chamado MEIO ou VIZINHANÇA.

O sistema termodinâmico a ser estudado é demarcado através de uma

FRONTEIRA ou SUPERFÍCIE DE CONTROLE a qual pode ser móvel, fixa, real ou imaginária.

Sistema Fechado - É o sistema termodinâmico no qual não há fluxo de massa através das fronteiras que definem o sistema.

Volume de Controle - Ao contrário do sistema fechado, é o sistema termodinâmico no qual ocorre fluxo de massa através da superfície de controle que define o sistema.

Assim, dependendo da interação entre o sistema termodinâmico definido para estudo, e a vizinhança, chamaremos a essa região de Sistema Fechado

controle) conforme se verifique as definições acima citadasExemplos de Sistema

(demarcado pela fronteira) ou Volume de Controle (demarcado pela superfície de Fechado e Volume de Controle

massa através das fronteiras do sistema, embora haja fluxo de calor

A figura 1.1-1 é um sistema termodinâmico fechado, pois não há fluxo de

A figura 1.1-2, por sua vez, constitui um volume de controle pois temos fluxo de massa atravessando a superfície de controle do sistema.

Fig. 1.1-1 - Sistema fechadoFig. 1 .1-2 - Volume de controle
existe qualquer interação entre o sistema termodinâmico e a sua vizinhança(ou

Sistema Isolado - Dizemos que um sistema termodinâmico é isolado quando não seja, através das fronteiras não ocorre fluxo de calor, massa, trabalho etc. )

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1.2 - Estado e Propriedades de uma Substância

sob várias formasSe é inicialmente líquida pode-se tornar vapor após aquecida ou
sólida quando resfriadaAssim nos referimos às diferentes fases de uma
entre si por meio dos contornos das fasesEm cada fase a substância pode existir
vários estadosO estado pode ser identificado ou descrito por certas propriedades
pressão, volume, etcCada uma das propriedades de uma substância num dado
eleDe fato, uma propriedade pode ser definida como uma quantidade que
pelo qual o sistema chegou ao estado consideradoInversamente, o estado é

Se considerarmos uma massa de água, reconhecemos que ela pode existir substância: uma fase é definida como uma quantidade de matéria totalmente homogênea; quando mais de uma fase está presente, as fases se acham separadas a várias pressões e temperaturas ou, usando a terminologia da termodinâmica, em macroscópicas observáveis; algumas das mais familiares são: temperatura, estado tem somente um valor definido e essa propriedade tem sempre o mesmo valor para um dado estado, independente da forma pela qual a substância chegou a depende do estado do sistema e é independente do caminho (isto é, da história) especificado ou descrito pelas propriedades.

Propriedades Termodinâmicas - As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em duas classes gerais, as intensivas e as extensivas.

depende do tamanho (extensão) do sistema ou volume de controleAssim, se

Propriedade Extensiva - Chamamos de propriedade extensiva àquela que subdividirmos um sistema em várias partes (reais ou imaginárias) e se o valor de uma dada propriedade for igual à soma das propriedades das partes, esta é uma

variável extensivaPor exemplo: Volume, Massa, etc.
propriedade intensiva, independe do tamanho do sistemaExemplo: Temperatura,

Propriedade Intensiva - Ao contrário da propriedade extensiva, a Pressão etc.

respectiva substância contida no sistemaUma propriedade específica é também

Propriedade Específica - Uma propriedade específica de uma dada substância é obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da uma propriedade intensiva do sistema. Exemplo de propriedade específica:

Volume específico , n, n== V

Energia Interna específica , u,u

onde: M é a massa do sistema, V o respectivo volume e U é a energia interna total do sistema.

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1.3 - Mudança de Estado de um Sistema Termodinâmico

Quando qualquer propriedade do sistema é alterada, por exemplo; Pressão,

Temperatura, Massa, Volume, etc. dizemos que houve uma mudança de estado no sistema termodinâmico.

Processo - O caminho definido pela sucessão de estados através dos quais o sistema passa é chamado processo.

- Processo Isobárico(pressão constante)

Exemplos de processos: - Processo Isotérmico (temperatura constante)

- Processo Isocórico (isométrico) (volume constante)

- Processo Isoentálpico(entalpia constante)
- Processo Isoentrópico(entropia constante)
- Processo Adiabático(sem transferência de calor)

Ciclo Termodinâmico - Quando um sistema (substância), em um dado estado inicial, passa por certo número de mudança de estados ou processos e finalmente retorna ao estado inicial, o sistema executa um ciclo termodinâmico.

Deve ser feita uma distinção entre ciclo termodinâmico, descrito acima, e um ciclo mecânico. Um motor de combustão interna de quatro tempos executa um ciclo mecânico a cada duas rotações. Entretanto o fluido de trabalho não percorreu um ciclo termodinâmico dentro do motor, uma vez que o ar e o combustível são queimados e transformados nos produtos de combustão, que são descarregados para a atmosfera.

1.4 - Lei Zero da Termodinâmica

Quando dois corpos tem a mesma temperatura dizemos que estão em equilíbrio térmico entre si. Podemos definir a lei zero da termodinâmica como:

" Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilibrio térmico entre si ".

A lei zero da termodinâmica define os medidores de temperatura, os TERMÔMETROS.

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1.5 - Escalas de Temperatura

mais alta para o de temperatura mais baixa espontaneamente

Para a maior parte das pessoas a temperatura é um conceito intuitivo baseado nas sensações de "quente" e "frio" proveniente do tato. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a temperatura está relacionada com o calor ficando estabelecido que este, na ausência de outros efeitos, flui do corpo de temperatura

termômetro padrão ou com pontos físicos fixos de determinadas substâncias

O funcionamento dos termômetros está baseada na lei zero da termodinâmica pois são colocados em contato com um corpo ou fluido do qual se deseja conhecer a temperatura até que este entre em equilíbrio térmico com o respectivo corpo. A escala do aparelho foi construída comparando-a com um

Quatro escalas de temperatura são hoje usadas para se referir à temperatura, duas escalas absolutas e duas escalas relativas; são elas respectivamente: Escala KELVIN (K) e RANKINE (°R) e escala Celsius (°C) e Fahrenheit (°F). A Fig. 1.5-1 mostra as quatro escalas de temperatura e a relação entre elas.

Figura 1.5-1 - As escalas de temperatura e sua inter-relação

Tipos de Termômetros

- Termômetro de Gás Perfeito (expansão volumétrica)

- Termômetro de Termopar (força eletromotriz)

- Pirômetro Ótico(cor da chama)

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Escreva a relação entre graus Celsius (oC) e Fahrenheit (oF)

Solução - Considere-se a escala dos dois Termômetros, Celsius e Fahrenheit como mostrado na figura

Interpolando linearmente as escalas entre a referência de gelo fundente e a referência de vaporização da água temos:

Pressão, uma propriedade termodinâmica, é definida como sendo a relação entre uma força e a área normal onde está sendo aplicada a força. A Fig. 1.6-1 ilustra a definição dada pela equação 1.6 -1

d (1.6 -1)

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