Termodinâmica: aula 1
EP
Professora Mestre Inara Amoroso da
Silva.
Termodinâmica.
Estuda as transformações e
transferências de energia.
Sistema, vizinhança e fronteiras
• Sistema: É a parte do universo que estamos
observando e estudando. Ex: gás em um cilind...
Exemplo
• Gás em um cilindro.
Tipos de sistemas
• Sistema aberto: Onde a matéria pode ser
transferida da fronteira entre os sistemas e
suas vizinhanças....
Exemplo
Tipos de fronteiras
• Nem todas as fronteiras permitem transferência de energia,
mesmo havendo uma diferença de temperatur...
Exemplo
Fases da matéria
Sólido (S). Líquido (L). Gasoso (G).
Estados
• Em cada fase a substância pode existir a várias
pressões e temperaturas (em vários estados).
• O estado pode ser...
Propriedade
• Pode ser definida como uma quantidade que
depende do estado do sistema e
independente do caminho pelo qual o...
Propriedade intensiva e extensiva
• Propriedade intensiva : é independente da
massa. Ex: Temperatura, densidade e etc.
Propriedade extensiva
• Propriedade extensiva: varia diretamente com
a massa.
• Ex: O volume é um exemplo de propriedade
e...
Processo
Processos
• É o resultado de uma sucessão contínua de
estados de equilíbrio de um sistema. Um
processo é iniciado num esta...
Ciclos
• Quando um sistema em seu estado inicial
passa por certo número de mudanças de
estado ou processos e finalmente re...
Exemplo de ciclo
Exemplo de ciclo
Massa, comprimento, tempo e
força.
• Usar essas unidades:
• Massa: kg
• Comprimento: metros (m)
• Tempo: segundos (s)
• Fo...
Mol
n é o número de mols (kmol).
M é a massa molar.
m é a massa (kg).
n=m/M
Força
• Força: F=m.a, unidade em N.
• m é a massa em kg
• a é a aceleração m/s2
Significado de volume específico
Volume ocupado pela unidade de massa.
Volume específico
V=v/m
Volume ocupado pela unidade de massa.
Massa específica
m/v
Exercícios
• 1) Um sistema fechado que consiste de 0,5
kmol de amônia ocupa um volume de 6 m3.
Determine a força e o volum...
Propriedades termodinâmicas
• Pressão: P=F/A
• Pressão em uma coluna com fluido:
Manômetros e barômetros
P barômetro é a pressão
atmosférica
P barômetro=P atmosférica
Patm=
O manômetro dá o delta P,
ou s...
Exercício
Resposta: L=2 cm
2,67 kPa
Exercício
• Um barômetro contêm mercúrio (d=13,59
g/cm3 ). Se a pressão atmosférica local é 100
kPa e g=9,81 m/s2 . Calcul...
Temperatura
• Sempre utilizar temperatura em Kelvin (K).
• Conversão de °C para K.
T(K)=T(°C)+273,15
Conversão de °C em Fahrenheit
Calor.
Transferência de energia como
resultado de uma diferença de
temperatura.
Mecanismos de transferência de calor
A transferência de calor ocorre de três formas, quais sejam:
condução, convecção e ra...
Condução
A energia é transferida de uma
extremidade a outra por condução. Os
elétrons e átomos da panela vibram
intensamen...
Condução
Pcond=Q/t=kA(Tq-TF)/L
Pcond: taxa de condução (energia transferida (Q) por unidade de tempo (t)).
K: condutividad...
Tabela de condutividade térmica
Condução através de uma placa
composta
P cond= A(Tq-TF)
∑(L/k)
Convecção
Acontece quando um fluido, como ar ou água, entra em contato com um
objeto cuja temperatura é maior que a do flu...
Radiação
É um troca de energia através de ondas eletromagnéticas (radiação
térmica). Não é necessário a existência de um m...
Entregar
• Exercício 2.3, 2.9 e 2.21 do PLT capítulo 2.
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  • A energia é transformada de uma forma para outra e transferida de um lugar para outro.
  • Um sólido conserva seu volume e a sua forma, e é independente do tamanho e da forma do reciíente que contém o sólido. Um líquido conserva seu volume, mas adquire a forma dos seus recipientes. Já os gases, tanto o volume quanto a forma são variáveis, os gases se expandem e adquirem a forma do recipiente em que são colocados. Os gases e os líquídos apresentam a capacidade de fluir, denominda fluidez, e por isso são chamados de fluidos.
  • Por exemplo, a temperatura é uma propriedade intensiva, pois imagine que coloquemos água para ferver. Se formos medir a temperatura da água, o valor será o mesmo independentemente se colocarmos o termômetro direto na panela com a água ou se o colocarmos em um copo com um pouco dessa água.
    A densidade é outra propriedade intensiva. Por exemplo, a densidade de um cubo de gelo e de um iceberg é a mesma (0,92 g/cm3, em temperaturas abaixo de 0ºC ao nível do mar),
  • Volume ocupado por 1kg de massa de um corpo.
  • Ex: aquecimento de uma chapa de metal na chama.
  • Um material que transfere facilmente energia por condução é um bom condutor de calor e tem um alto valor de k.
  • Termodinâmica aula 1 (1)

    1. 1. Termodinâmica: aula 1 EP Professora Mestre Inara Amoroso da Silva.
    2. 2. Termodinâmica. Estuda as transformações e transferências de energia.
    3. 3. Sistema, vizinhança e fronteiras • Sistema: É a parte do universo que estamos observando e estudando. Ex: gás em um cilindro. • Outra definição de sistema: Uma quantidade de matéria com massa e identidade fixas sobre o qual nossa atenção é dirigida. • Vizinhança: Tudo externo ao sistema. • Fronteiras: separa o sistema da vizinhança, podem ser fixas ou móveis.
    4. 4. Exemplo • Gás em um cilindro.
    5. 5. Tipos de sistemas • Sistema aberto: Onde a matéria pode ser transferida da fronteira entre os sistemas e suas vizinhanças. Troca matéria e energia. • Sistema fechado: A matéria não pode passar através das fronteiras. Ocorre troca de energia. • Sistema isolado: não ocorre transferência de matéria e nem trocas e energia.
    6. 6. Exemplo
    7. 7. Tipos de fronteiras • Nem todas as fronteiras permitem transferência de energia, mesmo havendo uma diferença de temperatura entre o sistema e sua vizinhança. • Fronteiras diatérmicas: uma fronteira permeável à passagem de energia na forma de calor. Ex: chama aquecendo uma panela de água. • Fronteira adiabática: Uma fronteira que não permite a transferência de energia na forma de calor.
    8. 8. Exemplo
    9. 9. Fases da matéria Sólido (S). Líquido (L). Gasoso (G).
    10. 10. Estados • Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas (em vários estados). • O estado pode ser identificado ou descrito por certas propriedades como temperatura, pressão e massa específica.
    11. 11. Propriedade • Pode ser definida como uma quantidade que depende do estado do sistema e independente do caminho pelo qual o sistema chegou ao estado considerado.
    12. 12. Propriedade intensiva e extensiva • Propriedade intensiva : é independente da massa. Ex: Temperatura, densidade e etc.
    13. 13. Propriedade extensiva • Propriedade extensiva: varia diretamente com a massa. • Ex: O volume é um exemplo de propriedade extensiva, pois a massa de 1 kg de algodão ocupará um volume muito maior do que a massa de 1 g desse mesmo material.
    14. 14. Processo
    15. 15. Processos • É o resultado de uma sucessão contínua de estados de equilíbrio de um sistema. Um processo é iniciado num estado de equilíbrio e termina em outro.
    16. 16. Ciclos • Quando um sistema em seu estado inicial passa por certo número de mudanças de estado ou processos e finalmente retorna ao estado inicial, dizemos que o sistema executa um ciclo. Desta forma, no final do ciclo, todas as propriedades tem o mesmo valor inicial. A água que circula numa instalação termoelétrica executa um ciclo.
    17. 17. Exemplo de ciclo
    18. 18. Exemplo de ciclo
    19. 19. Massa, comprimento, tempo e força. • Usar essas unidades: • Massa: kg • Comprimento: metros (m) • Tempo: segundos (s) • Força: Newtons (N) • Pressão: Pascal (Pa) • Volume: m3 e área em m2 • Certo pessoal?!
    20. 20. Mol n é o número de mols (kmol). M é a massa molar. m é a massa (kg). n=m/M
    21. 21. Força • Força: F=m.a, unidade em N. • m é a massa em kg • a é a aceleração m/s2
    22. 22. Significado de volume específico Volume ocupado pela unidade de massa.
    23. 23. Volume específico V=v/m Volume ocupado pela unidade de massa.
    24. 24. Massa específica m/v
    25. 25. Exercícios • 1) Um sistema fechado que consiste de 0,5 kmol de amônia ocupa um volume de 6 m3. Determine a força e o volume específico, considerando g=9,81 m/s2 e M=17 kg/kmol. Resposta: 83,38N, 0,705 m3/kg
    26. 26. Propriedades termodinâmicas • Pressão: P=F/A • Pressão em uma coluna com fluido:
    27. 27. Manômetros e barômetros P barômetro é a pressão atmosférica P barômetro=P atmosférica Patm= O manômetro dá o delta P, ou seja, p-patm.
    28. 28. Exercício Resposta: L=2 cm 2,67 kPa
    29. 29. Exercício • Um barômetro contêm mercúrio (d=13,59 g/cm3 ). Se a pressão atmosférica local é 100 kPa e g=9,81 m/s2 . Calcule a altura da coluna de mercúrio. Reposta= 0,750 m.
    30. 30. Temperatura • Sempre utilizar temperatura em Kelvin (K). • Conversão de °C para K. T(K)=T(°C)+273,15
    31. 31. Conversão de °C em Fahrenheit
    32. 32. Calor. Transferência de energia como resultado de uma diferença de temperatura.
    33. 33. Mecanismos de transferência de calor A transferência de calor ocorre de três formas, quais sejam: condução, convecção e radiação térmica.
    34. 34. Condução A energia é transferida de uma extremidade a outra por condução. Os elétrons e átomos da panela vibram intensamente por causa da alta temperatura em que estão expostos. Estas vibrações e as energias associadas, são transferidas pela barra através de colisões entre os átomos. Dessa forma uma região de temperatura crescente se propaga em direção a outra extremidade da barra.
    35. 35. Condução Pcond=Q/t=kA(Tq-TF)/L Pcond: taxa de condução (energia transferida (Q) por unidade de tempo (t)). K: condutividade térmica, é uma constante que depende do material de que é feita a placa. A: área e L é a espessura da objeto. Tq e TF: temperatura de uma fonte quente e de uma fonte fria.
    36. 36. Tabela de condutividade térmica
    37. 37. Condução através de uma placa composta P cond= A(Tq-TF) ∑(L/k)
    38. 38. Convecção Acontece quando um fluido, como ar ou água, entra em contato com um objeto cuja temperatura é maior que a do fluido. A temperatura da parte do fluido que está em contato com o objeto quente aumenta e essa parte do fluido se expande, ficando menos denso. Como o fluido expandido é mais leve este sobe e o fluido mais frio desce.
    39. 39. Radiação É um troca de energia através de ondas eletromagnéticas (radiação térmica). Não é necessário a existência de um meio material para que o calor seja transferido por radiação. O calor do sol chega até nós através do vácuo.
    40. 40. Entregar • Exercício 2.3, 2.9 e 2.21 do PLT capítulo 2.

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