Termodinâmica aula 1 (1)

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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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