Fenomenos de Transporte -Termodinâmica 3

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• Não existe abono de faltas. 
 
• O aluno não poderá faltar mais do que 25% das aulas. Neste percentual estão incluídas eventuais 
doenças, pequenas cirurgias, lutos e imprevistos pessoais e profissionais. 
 
• O professor não tem autorização para abonar faltas. 
 
• Os alunos só recebem presença se estiverem em sala de aula no dia/horário que estão matriculados. 
 
• Merecerão tratamento excepcional, relacionado à frequência obrigatória às aulas, os alunos amparados 
pelo Regime Especial. 
 
 
 
FREQUÊNCIA DO ALUNO 
Regime Especial: 
Têm direito ao regime especial: 
 
1. Alunos portadores de afecções congênitas ou adquiridas, infecções, traumatismo ou outras 
condições mórbidas, determinando distúrbios agudos, desde que superiores a 15 dias. 
2. Gestantes a partir do oitavo mês de gestação, concedido tal benefício pelo prazo de 90 dias. 
3. Militares na ativa em serviço da nação. 
 
Compete ao aluno: 
• Fazer requerimento solicitando o benefício na Central de Atendimento da UVA , em até 5 dias úteis 
após o início da doença ou contados a partir do primeiro dia de afastamento. 
• Outras informações na Central de Atendimento. 
Sistemas Termodinâmicos 
o Um sistema termodinâmico é qualquer coleção de objetos que é conveniente encarar como uma 
unidade, e que tem o potencial de trocar energia com o ambiente, a partir de processos 
termodinâmicos. 
o Esse sistema é um espaço ou região definido por limites reais ou imaginários, que selecionamos com o 
objetivo de delimitar o estudo da energia e suas transformações. 
o O sistema selecionado poderá ser grande ou pequeno, como por exemplo um sistema de refrigeração 
de um refrigerador ou condicionador de ar, ou simplesmente o gás que ocupa o espaço do cilindro num 
compressor. 
o Outra característica do sistema é a que o define como fechado ou aberto. Um sistema fechado é 
aquele em que somente a energia transpõe os limites do sistema, enquanto no aberto, tanto a energia 
quanto uma certa quantidade de matéria transpões os limites. 
Um sistema termodinâmico é um dispositivo ou conjunto de dispositivos que contém uma quantidade de 
matéria que está sendo estudada. 
Processo no qual ocorrem variações no estado do sistema termodinâmico. 
Tipos de processos Termodinâmico 
• Lei de Gay-Lussac 
Processo isocórico, que “mantém o 
volume constante”; 
 
• Lei de Charles 
Processo isobárico, que “mantém a 
pressão constante”; 
 
• Lei de Boyle-Mariotte. 
Processo isotérmico, que “mantém a 
temperatura constante”. 
 
• Processo adiabático, que “não 
envolve troca de calor”; 
Processo termodinâmico 
𝑷𝑻 = 𝒄𝒕𝒆 
𝑽𝑻 = 𝒄𝒕𝒆 
𝑷𝑽 = 𝒄𝒕𝒆 
𝑷𝑽𝜸 = 𝒄𝒕𝒆 
Um sistema termodinâmico 
pode trocar energia sob 
forma de calor, de trabalho 
ou de ambos com suas 
vizinhanças (ambiente). 
Observe as convenções de 
sinais para Q e W. 
Transferência de energia 
Energia pode ser transferida de ou para 
uma massa por meio de dois mecanismos: 
- transferência de calor Q, 
- trabalho W. 
Trabalho realizado em uma 
variação de volume 
V1 é o volume inicial, 
V2 o volume final. 
Transferência de energia Trabalho realizado em uma 
variação de volume 
V1: volume inicial 
V2: volume final. O trabalho realizado pelo sistema depende do caminho. 
O trabalho realizado e dado pela área sob a curva em um diagrama PV. 
Expansão 
a pressão variável 
Compressão 
a pressão variável 
Expansão 
sob pressão constante 
Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica (temperatura constante) para uma 
temperatura T, enquanto o volume varia entre os limites V1 e V2.Qual é o 
trabalho realizado pelo gás? 
ln 
1
2ln
V
V
nRTW 
2
1ln
P
P
nRTW 
Um mol de oxigênio (trate-o como um gás ideal) se expande a uma temperatura 
constante T de 310 K de um volume inicial de 12 L para um volume final de. 19 L. 
Qual é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão? 
R. 1180 J 
A matéria é constituída de átomos e moléculas, que são partículas que possuem 
energias cinética e potencial. 
Uma tentativa de definir a energia interna e simplesmente dizer que ela é a soma 
das energias cinéticas de todas as suas partículas constituintes, acrescida da soma de 
todas as energias potenciais decorrentes das interações entre as partículas do 
sistema. 
Energia interna (U) 
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 
A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como princípio da conservação 
de energia, estabelece que a energia não pode ser criada nem destruída durante um 
processo, pode apenas mudar de forma. 
o A variação da energia interna (∆𝑼)de um 
sistema durante qualquer processo 
termodinâmico depende somente do estado 
inicial e do estado final do sistema, e não do 
caminho que conduz um estado ao outro. 
o Q e W dependem do caminho 
𝑸 = ∆𝑼 + 𝑾 𝑸: Calor ∆𝑼: Energia Interna 𝑾: Trabalho 
O fluido contido em um tanque é movimentado por um agitador. 
O trabalho fornecido ao agitador é 5 090 kJ. O calor transferido 
do tanque é 1 500 kJ. Considere o tanque e o fluido como 
sistema, e sem variação de energia cinética ou de energia 
potencial, determine a variação da energia interna desse 
sistema. 
1𝑄2 = 𝑈2 − 𝑈1 + 1𝑊2 
 −1500 = 𝑈2 − 𝑈1 + (−5090) 
 𝑈2 − 𝑈1 = 1500 + 5090 
 𝑈2 − 𝑈1 = 3590 𝑘𝐽 
O aquecimento de certo gás em um recipiente cujo 
volume é mantido constante é exemplo de processo 
isocórico. 
Podemos impedir a transferência de calor fechando 
o sistema com um material isolante ou realizando o 
processo tão rapidamente que não haja tempo 
suficiente para ocorrer um fluxo de calor apreciável 
Processo à pressão constante. 
𝑸 = ∆𝑼 + 𝑾 
Processo adiabático: Q = 0 ∆𝑼 = −𝑾 
Processo isocórico: V = constante 𝑸 = ∆𝑼 
Processo isobárico: P = constante 𝑾 = 𝑷 (𝑽𝟐 − 𝑽𝟏) 
Processo isotérmico: T = constante ∆𝑼 = 𝟎 𝑸 = 𝑾 Processo à temperatura constante. 
Primeira lei da termodinâmica aplicada em diversos processos 
Aquele que não troca nem calor nem trabalho com 
suas vizinhanças: a energia interna se conserva 
Uma sucessão de etapas que, finalmente, fazem o 
sistema retornar ao seu estado inicial, denomina-se 
processo cíclico. Em tal processo, o estado inicial é 
idêntico ao estado final, e a variação total da energia 
interna deve ser igual a zero. 
Sistema isolado 𝑸 = 𝑾 = 𝟎 𝑼𝟐 − 𝑼𝟏 = ∆𝑼 = 𝟎 
Processos cíclicos 𝑸 = 𝑾 𝑼𝟐 = 𝑼𝟏 
𝑸 = ∆𝑼 + 𝑾 
Ex. UM PROCESSO CÍCLICO 
A figura mostra um diagrama PV de um processo 
cíclico, em que o estado inicial é idêntico ao 
estado final. 
O processo tem início no ponto a do plano PV e 
percorre o ciclo no sentido anti-horário até o 
ponto b, a seguir retornando para o ponto a. O 
trabalho realizado é W = – 500 J. 
 
a) Por que o trabalho realizado é negativo? 
 
b) Calcule a variação da energia interna e o calor 
trocado durante esse processo. 
b) Neste e em qualquer outro processo cíclico (no qual o estado inicial é idêntico 
ao estado final, ΔU= 0, Pela primeira lei, Q= ΔU+W logo, Q = W = – 500 J. 
Ou seja, 500 J de calor são transferidos para fora do sistema. 
a) O trabalho realizado é igual à área embaixo da 
curva, considerando a área positiva quando o 
volume aumenta e negativa quando o volume 
diminui. A área sob a curva inferior de a até b é 
positiva, porém, ela é menor do que o módulo da 
área negativa sob a curva superior de b até a. 
Portanto, a área total é negativa e o trabalho 
realizado é negativo. Em outras palavras, o 
trabalho realizado sobre o sistema é 500 J maior do 
que o trabalho realizado pelo sistema. 
Ex. COMPARANDO PROCESSOS 
TERMODINÂMICOS 
O diagrama PV da figura mostra uma série de 
processos termodinâmicos. 
No processo ab, 150 J de calor são fornecidos ao 
sistema, e no processo bd, 600 J de calor são 
fornecidos ao sistema. Calcule: 
a) a variação da energia interna no processo ab; 
b) a variação da energia interna no processo abd; 
c) a variação da energia interna no processo acd; 
d) O trabalho total e o calor total para o processo acd. 
a) ΔUab 
Não ocorrenenhuma variação de volume durante 
o processo ab; logo, Wab = 0 e ΔUab = Qab = 150 J. 
b) ΔUabd 
O trabalho total para o processo abd é 
O processo bd ocorre sob pressão constante; 𝑸 = ∆𝑼 + 𝑾 Wab = 0 (volume constante) 
Calor total é 
Qab =150 J 
Qbd =600 J 
d) Wacd e Qacd 
c) ΔUacd 
ΔUacd não depende do caminho de a até d: 
ΔUacd = ΔUabd = 510J 
Um grama de agua (1 cm3) se transforma em 1671 cm3 quando ocorre o processo de 
ebulição a uma pressão constante de 1 atm (1,013 × 105 Pa). O calor de vaporização 
para essa pressão e Lv = 2,256 × 106 J/kg. Calcule: 
(a) o trabalho realizado pela agua quando ela se transforma em vapor; 
(b) o aumento da sua energia interna. 
A Figura mostra o diagrama PV de uma 
expansão isotérmica de 0,835 mol de um gás 
ideal, a uma temperatura de 15 °C. 
a) Qual é a variação da energia interna do gás? 
b) Calcule o trabalho realizado pelo gás ou 
sobre o gás, e o calor absorvido (ou liberado) 
pelo gás durante a expansão. 
a) 0 
b) 1386 J 
Um volume de ar (considerado um gás ideal) é 
primeiro resfriado sem variação de volume, e 
depois expandido sem variação de pressão, 
como mostra o caminho abc na Figura. 
a) Compare a temperatura final do gás com a 
sua temperatura inicial. 
b) Quanto calor o ar troca com seu meio 
ambiente durante o processo abc? O ar absorve 
calor ou libera calor durante esse processo? 
c) Se, em vez disso, o ar se expandisse do 
estado a ao estado c pelo caminho mostrado em 
linha reta, quanto calor ele trocaria com seu 
meio ambiente? 
a) Tc=Ta 
b) 4000J 
c) 8000J