Aula nº1 termodinâmica e energia -cap1

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Aula nº1 termodinâmica e energia -cap1

  1. 1. Jean PiagetConceito Básicode TermodinâmicaDocente: Eng. Justo Pina
  2. 2. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICACada ciência tem um vocabulário próprio e atermodinâmica não é excepção.A definição precisa dos conceitos básicos formaalicerce solido para o desenvolvimento da ciência eevita mal entendidos.Neste capítulo faremos uma revisão dos:. Sistemas de unidades a utilizar. Conceitos básicos de termodinâmica(energia, propriedades, estados, processos, pressão,temperatura etc).
  3. 3. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIADefinição:TERMODINÂMICA é a Ciência que estudafenómenos envolvendo a transferência econversão de energia./ é a ciência de energia.A MECÂNICA Ocupa-se do movimento das matériae a TERMODINÂMICA ocupa-se do movimento daenergia e a interação energia/matéria.ENERGIA – capacidade de provocar alterações.
  4. 4. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIATERMODINÂMICA – advém das palavras grega:Origem da palavraTHERME – Calor DYNÂMIS – PotênciaTraduz-se em conversão de calor em potência
  5. 5. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAPequena historiaO princípio da termodinâmica existe desde acriação do universo.A termodinâmica, como ciência moderna, surgiu aquando da construção da 1ª maquina atmosférica avapor, em Inglaterra, por Thomas Savery, em 1697 eThomas Newcomen em 1712.Embora essas maquinas sejam lentas e ineficientesabriram o caminho para o desenvolvimento destaciência nova.
  6. 6. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAPequena historiaO termo Termodinâmica foi usado pela 1ª fez porLord Kelvin numa publicação de 1849.Como ciência moderna, a termodinâmica foiestabelecida na segunda metade do Sec. XIX, atravésdos trabalhos dos fisicos Willian Rankine, RudolphClausius e Lord Kelvin, que formularam a 1ª e a 2ª leida termodinâmica simultaneamente por volta de 1850.O 1ºcompêndio de termodinâmica foi escrito em1859 por Willian Rankine.
  7. 7. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIA é uma das principais leis da natureza .Estabelece que:Durante uma interação, a energia pode mudar deforma mas que a quantidade total permanececonstante.Ou seja:A energia não pode ser criada ou destruída, só podemudar de forma.Principio de Conservação da Energia
  8. 8. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAEx: Uma pedra emqueda livre (conversãode energia potencial emenergia cinética).Principio de Conservação da EnergiaEx: aplicado aocorpo humano
  9. 9. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAExpressa o principio de conservação de energia eestabelece que a energia é uma propriedadetermodinâmica.1ª lei da termodinâmica2ª lei da termodinâmicaEstabelece que a energia temqualidade e quantidade e que osprocessos reais ocorrem nadirecção da qualidade decrescentede energia.
  10. 10. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIALar comum, um mostruário de maravilha datermodinâmica:- Electrodomésticos a gás ou eléctricos- aparelho de aquecimento ou refrigeração- Frigoríficos- Ferro de engomar- panela de pressão- desumidificador- computador- televisão- chuveiro, etcArea de aplicação de termodinâmica
  11. 11. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIALar comum, um mostruário de maravilha datermodinâmica:- Electrodomésticos a gás ou eléctricos- aparelho de aquecimento ou refrigeração- Frigoríficos- Ferro de engomar- panela de pressão- desumidificador- computador- televisão- chuveiro, etcArea de aplicação de termodinâmica
  12. 12. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAAplicação em escalas maiores- Projectos e análises de motores de combustãointerna ;- Foguetes- Motores a jacto- Centrais eléctricas- Centrais térmicas- Bombas- Compressores- CORPO HUMANO, etcArea de aplicação de termodinâmica
  13. 13. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIAArea de aplicação de termodinâmica
  14. 14. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.2. UNIDADE E DIMENSÕESDimensão – caracterização de qualquer quantidadefísicaUnidades – magnitude arbitrarias atribuídas àsdimensõesExistem dois tipos de dimensões:Dimensões primáriasMassa – mComprimento – lTempo –tTemperatura - TDimensões Secundárias-Volume V-Velocidade m/s-Pressão- Energia E
  15. 15. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.2. UNIDADE E DIMENSÕESExistem 2 sistemas de unidades:Sistema InternacionalSistema InglêsAs unidades dever ser utilizadas de formacorrecta sob pena de se obterem resultados errados.Com um pouco de atenção e destreza estes podemser usadas ao nosso valor.
  16. 16. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.3. SISTEMAS ABERTOS E FECHADOSSistema – região no espaço, que contém umadeterminada porção da matéria, escolhida para serestudado.Matéria em estudo – será um fluido (gás ou líquido).Fronteira – linha ou superfície que delimita o sistema,separando-o da vizinhança, pode ser real ou imaginária.A fronteira pode ser fixa ou móvel e tem uma espessuranula.Vizinhança – a massa ou região exterior.
  17. 17. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.3. SISTEMAS ABERTOS E FECHADOSSISTEMAFronteiraVizinhança
  18. 18. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.3. SISTEMAS ABERTOS E FECHADOSClassificação do sistema: Aberto (volume de controlo) Fechado (massa de controlo)IsoladoSistemaIsoladoSistemaAbertoSistemaFechadonãonão
  19. 19. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.3. SISTEMAS ABERTOS E FECHADOSEx:A relação termodinâmica que se utiliza para sistemasabertos e fechados são diferentes. É extremamenteimportante conhecer o tipo de sistema antes de iniciar oseu estudo.
  20. 20. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIAA energia pode existir de diversas forma:Energia térmicaEnergia nuclearEnergia cinéticaEnergia potencialMecânicaMagnéticaInterna, etcEnergia total do sistema (E) - é a soma de todas asformas de energias. Dividida por unidade de massadenota-se por (e) .
  21. 21. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIAA termodinâmica não permite obter o valor absoluto daenergia total de um sistema. Consegue apenas conhecera sua variação., sendo o importante em problemas deengenharia.As formas de energias que compõem a energia total sãoagrupados em dois:-Macroscópica – em relação a um referencial externo-Microscópica – relaciona com a estrutura molecular egrau de actividade molecular. É independente doreferencia externo.
  22. 22. 1. CONCEITO BÁSICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIA- Energia interna (U). A soma das formas de energiaMicroscópica é denominada.- Energia cinética(Ec). Energia que um sistema possuicomo resultado do seu movimento em relação o a umareferencial.- Energia Potencial (Ep) -Energia que um sistema possuicomo resultado da sua elevação num campo gravítico.- Energia total). E=U+Ec+Ep (kj)
  23. 23. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIA- Energia interna (U). A soma das formas de energiaMicroscópica.-Sistema estacionário - a variação de energia total éigual a variação da energia interna
  24. 24. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.5. PROPRIEDADE DE UM SISTEMAPropriedade – qualquer característica de um sistema.Ex: Pressão P, temperatura T, volume V e a massa m.Podemos agrupar as propriedades em dois grupos:-Prop. independentes - massa, temperatura etc-Propr dependentes – massa volumica, volume, etc
  25. 25. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.5. PROPRIEDADE DE UM SISTEMAMassa Volúmica, densidade e volume específicoMassa volúmica ou densidadeDensidade relativaVolume específico p propriedade mas comumem termodinâmica
  26. 26. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.5. PROPRIEDADE DE UM SISTEMAClassificação das propriedadePropriedade intensiva – independente da dimensãodo sitema . Ex: temperatura pressão massa volúmica.Propriedade extensiva - dependente da dimensão dosistema. Ex: massa, volume, energia total
  27. 27. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.5. PROPRIEDADE DE UM SISTEMAClassificação das propriedadePropriedade intensiva – independente da dimensãodo sitema . Ex: temperatura pressão massa volúmica.Propriedade extensiva - dependente da dimensão dosistema. Ex: massa, volume, energia total
  28. 28. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. ESTADO E EQUILIBRIOEstado – num dado estado todas as propriedade dosistema têm valores fixos. Se uma das propriedadesvariar, estamos perante a mudança de estado.Estado de equilíbrio – é caracterizado pela inexistênciade potenciais desequilibrados no seio do sistema.
  29. 29. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. ESTADO E EQUILIBRIOTipos de equilíbriosTérmico – temperatura const. ao longo do sistema.Mecânico – pressão constante ao longo do sistema.De fase – quando a massa de cada fase atingir emantiver um nível de equilíbrio.Químico – composição química constante. Não háocorrência de reacção química.
  30. 30. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PROCESSO E CICLOPROCESSO – qualquer alteração que um sistema sofredesde um estado de equilíbrio para outro.Caminho – a série de estados pelos quais um sistemapassa durante um processo.Processo quase equilibro- processo lento que permiteao sistema ajustar-se internamente de forma a que aspropriedades sejam homogénea.
  31. 31. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PROCESSO E CICLOEstado 1Estado 2Caminho do processo
  32. 32. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PROCESSO E CICLOTipos de processoProcesso isocórico ou isométrico – volume constanteProcesso isobárico – pressão constante.Processo isotérmico – Temperatura constante.
  33. 33. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PROCESSO E CICLOCICLOUm sistema completa um ciclo se no fim do processoretorna ao seu estado inicial. Estado inicial e finalidênticos.
  34. 34. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOForça exercida por um fluido por unidade de área.O termo utiliza-se somente para gases e líquidos.Num dado pondo do fluido a pressão é a mesma emtodas as direcções.A pressão aumenta com a profundidade devido aopeso do fluído.
  35. 35. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOTipos de pressão- Pressão absoluta- Pressão manométrica- Depressão
  36. 36. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOPmanométricaPabsPatmPdepresãoPabsPatmPabs=0Vácuo absoluto
  37. 37. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOExercício 1Um manómetro de depressão está ligado a umacâmara indicando 5,8 psi num local onde a pressãoatmosfera é de 14,5 psi. Determina a pressãoabsoluta no interior da câmara.Solução:
  38. 38. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOManómetro
  39. 39. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOExercício 2Um manómetro é utilizado para medir a pressãonum reservatório. O fluido utilizado tem umadensidade específica de 0,85 e a altura da coluna demercúrio é de 55 cm. Sabendo que a pressãoatmosférica local é de 96 kpa, determine a pressãoabsoluta no interior do reservatório.
  40. 40. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃOExercício 3Determine a pressão atmosfera num local onde umbarómetro indica 740 mmHg e a aceleraçãogravítica é de g=9,7 m/s2 . Assume-se que atemperatura do mercúrio é de 10ºc, sendo a suamassa volúmica de 13570 kg/m3.
  41. 41. 1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. TEMPERATURA E A LEI ZERO DATERMODINÂMICALEI ZERO – se dois corpos estão em equilíbriotérmico com um terceiro corpo, eles estãotambém em equilíbrio térmico entre si.ESCALA DE TEMPERATURAT(K)=T(ºC)+273,15T(R)=T(ºF)+459,67T(R)=1,8T(K)T(ºF)=1,8T(ºC)+32

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