O documento apresenta os principais conceitos da termodinâmica, incluindo: (1) a definição de sistema, vizinhança e fronteiras; (2) os tipos de sistemas e fronteiras; (3) as fases da matéria e estados; (4) propriedades termodinâmicas; e (5) os mecanismos de transferência de calor.

1. Termodinâmica: aula 1
EP
Professora Mestre Inara Amoroso da
Silva.

2. Termodinâmica.
Estuda as transformações e
transferências de energia.

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.

5. Exemplo
• Gás em um cilindro.

6. 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.

7. Exemplo

8. 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.

9. Exemplo

10. Fases da matéria
Sólido (S). Líquido (L). Gasoso (G).

11. 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.

12. 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.

13. Propriedade intensiva e extensiva
• Propriedade intensiva : é independente da
massa. Ex: Temperatura, densidade e etc.

14. 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.

15. Processo

16. 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.

17. 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.

18. Exemplo de ciclo

19. Exemplo de ciclo

20. 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?!

21. Mol
n é o número de mols (kmol).
M é a massa molar.
m é a massa (kg).
n=m/M

22. Força
• Força: F=m.a, unidade em N.
• m é a massa em kg
• a é a aceleração m/s2

23. Significado de volume específico
Volume ocupado pela unidade de massa.

24. Volume específico
V=v/m
Volume ocupado pela unidade de massa.

25. Massa específica
m/v

26. 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

27. Propriedades termodinâmicas
• Pressão: P=F/A
• Pressão em uma coluna com fluido:

28. Manômetros e barômetros
P barômetro é a pressão
atmosférica
P barômetro=P atmosférica
Patm=
O manômetro dá o delta P,
ou seja, p-patm.

29. Exercício
Resposta: L=2 cm
2,67 kPa

30. 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.

31. Temperatura
• Sempre utilizar temperatura em Kelvin (K).
• Conversão de °C para K.
T(K)=T(°C)+273,15

32. Conversão de °C em Fahrenheit

33. Calor.
Transferência de energia como
resultado de uma diferença de
temperatura.

34. Mecanismos de transferência de calor
A transferência de calor ocorre de três formas, quais sejam:
condução, convecção e radiação térmica.

35. 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.

36. 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.

37. Tabela de condutividade térmica

38. Condução através de uma placa
composta
P cond= A(Tq-TF)
∑(L/k)

39. 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.

40. 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.

41. Entregar
• Exercício 2.3, 2.9 e 2.21 do PLT capítulo 2.