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Termodinâmica - Sistema, Volume de Controle e Propriedades

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→ Sistema, Volume de Controle e
Propriedades
Os sistemas são classificados de acordo com o
tipo de interação que podem ocorrer sobre suas
fronteiras. Eles são chamados de sistemas
fechados, quando não é permitido nenhum
fluxo de massa cruzar sua fronteira. Portanto,
nesse caso, a quantidade de matéria em seu
interior permanece fixa podendo, assim, ser
chamado de massa de controle.
Quando o fluxo de massa atravessa a fronteira,
chamamos a região delimitada pela fronteira e
fixa no espaço de volume de controle ou
sistema aberto. O nome volume de controle é
dado porque, mesmo existindo uma variação
de massa, o volume do nosso sistema aberto é
sempre o mesmo. Diferentemente do sistema
fechado onde a massa não muda mas o volume
muda.
Aberto Fechado
Massa Varia Constante
Volume Constante Varia
Fluxo de
massa
Atravessa Não
Atravessa
Obs: Um fluxo de massa, ou vazão mássica é a
quantidade de massa (matéria) que entra ou
sai de um sistema num dado intervalo de
tempo.
Quando os termos massa de controle e volume
de controle são utilizados, chamamos a
fronteira do sistema de superfície de controle.
Existe também um tipo especial de sistema
fechado que não interage de modo algum com
a vizinhança. Ele é chamado de sistema
isolado. Nessa situação, além de não ser
permitido o fluxo de massa, também não é
possível transferir energia nas formas de calor
e trabalho através de sua fronteira.
As propriedades são as características do
sistema, que podem ser quantificadas direta ou
indiretamente por medições. Os exemplos mais
comuns são:
● V o volume
● P a pressão
● T a temperatura
● ρ a massa específica
● m a massa da substância
→ Estados, Processos e Propriedades
Intensivas e Extensivas
O estado de um sistema é uma “fotografia” da
condição em que ele se encontra. O estado de
um sistema é composto pelo valor de cada
propriedade termodinâmica no momento da
foto: valores de pressão, temperatura e massa
específica, por exemplo. Quando o valor de
pelo menos uma propriedade de um sistema é
alterado, dizemos que ocorreu uma mudança
de estado.
A sucessão de estados percorridos pelo sistema
formam um processo termodinâmico.
Quando um sistema em um estado inicial passa
por processos, mas no final retorna ao estado
inicial, dizemos que esse sistema executou um
ciclo.
As propriedades termodinâmicas podem ser
divididas em duas classes gerais: extensivas e
intensivas.
As propriedades extensivas têm uma
característica em comum, se separarmos o
sistema em diversas partes a propriedade X do
sistema como um todo será igual à soma dessa
propriedade X considerando todas as partes.
Por isso, falamos que as propriedades
extensivas são aditivas. Por essa mesma causa,
dizemos que o valor das propriedades
extensivas depende diretamente da extensão
do sistema considerado. Quanto maior a parte
da substância que a fronteira inclui, maior seu
valor.
As propriedades intensivas não possuem essa
característica. Ou seja, o valor total da
propriedade intensiva de um sistema não é a
soma dos valores relativos a cada parte do
sistema. Por isso, os seus valores médios não
necessariamente aumentam, conforme
aumentamos o volume englobado pela
fronteira. Eles são independentes desse
tamanho.
Então, a diferença entre uma propriedade
extensiva e uma intensiva é que o valor da
propriedade extensiva muda de acordo com o
tamanho e a massa do sistema que estamos
analisando. Já a propriedade intensiva é igual
para qualquer tamanho e massa do sistema.
Nos exercícios de termodinâmica,
consideramos que as transformações pelas
quais o sistema passa são uma sequência de
estados em equilíbrio. Isso significa, que cada
um desses estados tem o mesmo valor de
temperatura, pressão e massa específica por
todo o sistema. Esse processo simplificado é
chamado de processo de quase-equilíbrio.
. Processo Isotérmico: durante todo o seu
progresso, a temperatura do sistema
permanece a mesma.
. Processo Isobárico: Durante todo o seu
desenvolvimento, a pressão do sistema não
muda.
. Processo Isocórico : Também chamado de
isovolumétrico, mantém o volume constante
no seu percurso.
→ Pressão e Volume Específico
O volume específico é uma propriedade
termodinâmica intensiva muito importante,
porque mede a quantidade de volume que cabe
em uma determinada massa. Então:
𝑣 = 𝑉𝑚 
Onde:
- V é o volume total do sistema que
estamos estudando. Sua unidade no SI é
. Para converter litro para metro𝑚3
cúbico, fazemos: 1L = 0,001 𝑚3
- m é a massa total da região que estamos
estudando. Sua unidade no SI é kg.
- v é o volume específico da substância
que preenche a região estudada. Sua
unidade no SI é /kg.𝑚3
A massa específica também serve para medir se
o volume está cheio de massa, ela também é
conhecida como densidade.
ρ = 𝑚𝑉
Onde:
- é a massa específica da substância queρ
preenche o sistema estudado. Sua
unidade no SI é kg/ .𝑚3
Sendo assim, temos que:
Uma outra forma de medir se um volume está
cheio de massa ou não é através do cálculo do
volume específico molar.
𝑣 = 𝑉𝑛
Onde:
- n é o número de mol da substância
contida no sistema que estamos
estudando. Sua unidade no SI é o mol.
- é o volume específico molar da𝑣 
substância que preenche a região
estudada. Sua unidade no SI é /mol.𝑚3
Obs: Sempre que a propriedade tiver o traço
acima de seu símbolo (-), ela será uma
propriedade molar.
A fórmula de massa específica molar é:
ρ = 𝑛𝑉
Onde:
- é a massa específica molar daρ
substância que preenche a região
estudada. Sua unidade no SI é mol/ .𝑚3
Quando os valores do volume específico e da
massa específica estão em unidade de massa
(kg), dizemos que eles estão em base mássica.
Porém, quando esses valores estão em unidade
de mol, dizemos que eles estão em base molar.
Para converter de uma base para outra basta
saber a massa molar da substância:
Onde:
- M é a massa molar da substância. Sua
unidade no SI é kg/kmol.
A pressão é uma propriedade intensiva, que
mede o grau de concentração de uma força
aplicada sobre uma área.
𝑃 = 𝐹𝐴
Onde:
- F é a força perpendicular aplicada sobre
a área. Sua unidade no SI é N.
- A é a área sobre a qual a força é
aplicada. Sua unidade no SI é .𝑚2
- P é a pressão da força perpendicular
sobre a área. Sua unidade no SI é N/ ,𝑚2
que é igual a Pa.
1 bar = Pa = 100 KPa = 0,1 MPa105
. Pressão atmosférica: Quanto menor a altitude
do local, maior a coluna de atmosfera e maior a
pressão atmosférica. No nível do mar ela vale:
Patm = 101325 Pa = 1 atm
onde Patm é a pressão exercida pela atmosfera
em objetos ao nível do mar.
A pressão manométrica é a diferença entre a
pressão de um sistema diminuída do valor de
pressão atmosférica.
Pman = P - Patm
Para converter um valor de pressão
manométrica para pressão total, usamos:
P = Pman + Patm
Essa pressão total também é chamada de
pressão absoluta do sistema.
→ Fases e Substância Pura
Chamamos as formas diferentes de
organização molecular de fases.
. Fase Sólida: Quando as moléculas estão muito
perto uma das outras. Elas estão quase presas
em uma posição fixa. Por causa dessa
proximidade, o volume específico dessa fase é
muito pequeno. É tão difícil de comprimir a
fase sólida por pressão, que às vezes
consideramos que o sólido é incompressível.
Ou seja, seu volume não depende da pressão.
Só da temperatura.
. Fase líquida: Nessa fase, as moléculas quase
não aumentam a distância entre si, se
compararmos com o espaço entre os átomos de
uma fase sólida. Por isso, geralmente o volume
específico do líquido é um pouco maior que o
volume específico do sólido. Apesar de existir
essa diferença entre líquido e sólido, eles têm
uma característica em comum: os valores dos
seus volumes específicos quase não variam
com a pressão. Eles mudam mais com a
alteração da temperatura. Ou seja, os dois
podem ser considerados incompressíveis.
. Fase vapor: As moléculas do vapor estão bem
mais agitadas e distantes umas das outras. Ao

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