Cap01

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Capítulo 1
Iniciando
Conceitos e Definições Introdutórios
Sumário
Demonstrar entendimento de alguns conceitos fundamentais utilizados em todo livro-texto . . . Incluindo sistema fechado, volume de controle, fronteira e entorno, propriedade, estado, processo, a distinção entre propriedades extensivas e intensivas e equilíbrio.
Sumário, cont.
Aplicar unidades SI e Inglesas de Engenharia , incluindo unidades para volume específico, pressão e temperatura.
Trabalhar com as escalas de temperatura Kelvin, Rankine, Celsius e Fahrenheit.
Aplicar a metodologia de resolução de problemas utilizada no livro-texto.
Definindo Sistemas
Sistema: Tudo que se queira estudar.
Entorno: Tudo externo ao sistema. 
Fronteira: Distingue o sistema do seu entorno.
Sistema
Entorno (ou
Vizinhança)
Fronteira
Sistema Fechado
Um sistema que sempre contém a mesma matéria.
Transferência de massa através de sua fronteira não pode ocorrer.
Sistema isolado: Tipo especial de sistema fechado que não interage de jeito algum com seu entorno.
Volume de Controle
Uma dada região do espaço através da qual há fluxo de massa. 
Massa pode cruzar a fronteira de um volume de controle.
Visões Macroscópica e Microscópica
Sistema podem ser descritos a partir dos pontos de vista macroscópico e microscópico. 
A abordagem microscópica objetiva caracterizar por meios estatísticos o comportamento médio das partículas que compõem um sistema e utilizar essa informação para descrever o comportamento global do sistema.
A abordagem macroscópica descreve o comportamento do sistema em termos dos efeitos brutos das partículas que compõem o sistema - especificamente, efeitos que podem ser medidos por instrumentos como manômetros e termômetros.
A termodinâmica de engenharia predominantemente utiliza a abordagem macroscópica.
Propriedade
Massa
Volume
Energia
Pressão
Temperatura
Uma característica macroscópica de um sistema para a qual um valor numérico pode ser atribuído a um dado instante sem conhecer o comportamento prévio do sistema. 
Para o sistema mostrado, exemplos incluem:
Gás
Estado
A condição de um sistema descrito por suas propriedades.
Exemplo: O estado do sistema mostrado é descrito por p, V, T,….
O estado pode ser frequentemente especificado fornecendo os valores de um subconjunto de suas propriedades. Todas as outras propriedades podem ser determinadas em termos dessas poucas.
Gás
Estado: p, V, T, …
Processo
Uma transformação de um estado para outro.
Quando qualquer propriedade de um sistema muda, o estado muda e é dito que o sistema passou por um processo.
Exemplo: Como V2 > V1, no mínimo um valor de propriedade mudou e o gás passou por um processo do Estado 1 para o Estado 2.
Estado 1: p1, V1, T1, …
Estado 2: p2, V2, T2, …
Gás
Gás
Depende do tamanho ou dimensão de um sistema.
Exemplos: Massa, volume, energia.
Seu valor para um sistema global é a soma dos valores das partes nas quais o sistema é dividido.
Seu valor pode variar com o tempo, mas não com a posição.
Propriedade Extensiva
Propriedade Intensiva
Independente do tamanho ou dimensão de um sistema.
Exemplos: Pressão, temperatura.
Seu valor não é aditivo como para as propriedades extensivas.
Pode variar de local para local dentro do sistema em qualquer instante - função da posição e do tempo.
Equilíbrio
Quando um sistema está isolado, ele não interage com seu entorno; entretanto, seu estado pode mudar como uma consequência de eventos espontâneos ocorrendo internamente, quando suas propriedades intensivas, como temperatura e pressão, tendem a valores uniformes. Quando todas as mudanças cessam, o sistema está num estado de equilíbrio.
Estados de equilíbrio e processos de um estado de equilíbrio para outro estado de equilíbrio têm papeis importantes na análise termodinâmica. 
Unidades
A unidade de medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada com um padrão previamente estabelecido (p.ex., metro, quilômetro, pé e milha são todas unidades de comprimento).
Dois sistemas de unidades:
SI (Système International d’Unités)
Unidades Inglesas de Engenharia.
Unidades
Nesses sistemas de unidades, massa, comprimento e tempo são unidades base e força tem unidade derivada das outras utilizando,
F = ma
SI: 1 N = (1 kg)(1 m/s2) = 1 kg∙m/s2
English:
1 lbf = (1 lb)(32.1740 ft/s2) = 32.1740 lb∙ft/s2
Massa (r) e Volume (v) Específicos
A partir da perspectiva macroscópica, a descrição da matéria é simplificada por considerá-la distribuída continuamente ao longo de uma região.
Quando as substâncias são tratadas como contínuas, é possível falar de suas propriedades termodinâmicas intensivas “em um ponto.”
Em qualquer instante, a massa específica (r ) em um ponto é definida como
onde V ' é o menor volume para o qual um valor definido da razão existe.
Massa específica é massa por unidade de volume.
Massa específica é uma propriedade intensiva que pode variar de ponto para ponto.
Unidades SI são (kg/m3). 
Unidades Inglesas são (lb/ft3).
Massa (r) e Volume (v) Específicos
Volume específico é o inverso da massa específica: 		 v = 1/r 
Volume específico é volume por unidade de massa.
Volume específico é uma propriedade intensiva que pode variar de ponto para ponto.
Unidades SI são (m3/kg). 
Unidades Inglesas são (ft3/lb).
Volume específico é usualmente preferido para análise termodinâmica de gases, que tipicamente têm valores pequenos de massa específica.
Massa (r) e Volume (v) Específicos
Pressão (p)
Considerar uma pequena área A que atravessa um ponto de um fluido em repouso.
O fluido, de um lado da área, exerce uma força compressiva que é normal à área, Fnormal. Uma força igual, mas no sentido oposto, é exercida na área pelo fluido do outro lado.
A pressão (p) no ponto especificado é definido como o limite
onde A' é a área no “ponto” no mesmo sentido limite utilizado na definição de massa específica.
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Unidades de Pressão
Unidade SI é o pascal:
 1 pascal = 1 N/m2
Múltiplos do pascal são frequentemente utilizadas:
1 kPa = 103 N/m2
1 bar = 105 N/m2
1 MPa = 106 N/m2
Unidades Inglesas são: 
Libra força por pé quadrado, lbf/ft2 
Libra força por polegada quadrada, lbf/in.2
Pressão absoluta: Pressão em relação à pressão zero do vácuo absoluto. 
Pressão absoluta deve ser utilizada em relações termodinâmicas.
Dispositivos de medição de pressão frequentemente indicam a diferença entre a pressão absoluta de um sistema e a pressão absoluta da atmosfera do lado externo do dispositivo de medição.
Pressão Absoluta
Quando a pressão do sistema é maior que a pressão atmosférica, o termo pressão manométrica é utilizado. 
 p(man) = p(absoluta) – patm(absoluta)
 
Quando a pressão atmosférica é maior que a pressão do sistema, o termo pressão de vácuo é utilizado. 
 p(vácuo) = patm(absoluta) – p(absoluta) 
 
Pressões Manométrica e de Vácuo
Temperatura (T)
Se dois blocos (um mais aquecido que o outro) são colocados em contato e isolados de seus entornos, eles iriam interagir termicamente com mudanças em suas propriedades observáveis.
Quando todas as mudanças nas propriedades observáveis cessam, os dois blocos estarão em equilíbrio térmico.
Temperatura é uma propriedade física que determina se os dois objetos estão em equilíbrio térmico.
Qualquer objeto com no mínimo uma propriedade mensurável que muda com a mudança de sua temperatura pode ser utilizado como um termômetro.
Tal propriedade é chamada propriedade termométrica.
A substância que exibe mudanças na propriedade termométrica é conhecida como substância termométrica.
Termômetros
Exemplo: Termômetro de vidro.
Consiste de um tubo capilar de vidro conectado a um bulbo enchido com líquido e selado na outra extremidade. O espaço acima do líquido é ocupado por vapor do mesmo líquido ou um gás inerte.
Com o aumento da temperatura, o líquido expande e sobe no capilar. O comprimento (L) do líquido no capilar depende da temperatura.
O líquido é a substância termométrica.
L é a propriedade termométrica.Outros tipos de termômetros:
Termopares
Termistores
Termômetros de radiação
Termômetros
Escala Kelvin: Uma escala termodinâmica de temperatura absoluta cuja unidade de temperatura é o kelvin (K); uma unidade base SI para temperatura.
Escala Rankine: Uma escala termodinâmica de temperatura absoluta com zero absoluto que coincide com o zero absoluto da escala Kelvin; uma unidade base Inglesa para temperatura.
Escalas de Temperatura
T(oR) = 1.8T(K) 
Escala Celsius (oC):
T(oC) = T(K) – 273.15 
Escala Fahrenheit (oF):
T(oF) = T(oR) – 459.67 
Metodologia de Resolução de Problemas
Conhecido: Ler o problema, pensar sobre ele e identificar o que é conhecido.
Achar: Declarar o que deve ser determinado.
Esquema e Dados: Desenhar um esboço do sistema com todas os dados relevantes.
Modelo de engenharia: Listar todas as considerações de simplificação e idealizações lançadas.
Análise: Reduzir as equações governantes apropriadas e relações para formas que produzirão os resultados desejados.
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