Primeira Lei da Termodinâmica

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A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO
2020.02 – TERMODINÂMICA APLICADA
08/09/2020 Esta apresentação foi elaborada para acompanhamento das aulas da Universidade Nove de Julho. Para estudo da disciplina recomenda-se a leitura da bibliografia sugerida. 
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A primeira lei da termodinâmica foi enunciada com
base em dados experimentais.
Em condições idealizadas, percebemos que toda
energia cinética é convertida em energia potencial
gravitacional e depois volta a ser energia cinética no
caso do lançamento de um projétil.
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica
Em experimentos com sistemas fechados passando
por uma série de processos adiabáticos entre dois
estados definidos, ou seja, sem a transferência de
calor, observa-se que toda transferência de energia
na forma de trabalho, independente da natureza do
trabalho, terá o mesmo valor.
Essas observações, são válidas para qualquer
sistema estudado. É interessante verificar que esse
princípio físico não pôde ser obtido a partir de
outras equações, assim sendo considerado mais um
principio fundamental da física, assim como as leis
de Newton.
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica
Como já falamos, antes de outras formas, o balanço de energia, ou a 1ª lei da
termodinâmica, irão nos dizer que nenhuma energia “desaparece”. A energia que
entra no sistema, a energia que sai do sistema e toda variação da energia no sistema
estão atreladas da seguinte forma:
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica – Balanço de Energia
A energia irá entrar/sair no sistema de três formas:
• Transferência de energia por calor
• Transferência de energia por trabalho
• Transferência de energia por fluxo de massa.
Esses três termos estarão ligados ao lado esquerdo da equação.
Poderemos reescrever, então, o lado da esquerda da equação?
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica – Balanço de Energia
Abrindo os termos de entrada e saída de energia nas três formas de transferência:
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica – Balanço de Energia
O lado direito da equação do balanço de energia diz respeito ao estado do sistema.
Ele está intrinsicamente atrelado às propriedades termodinâmicas do fluído.
Uma das simplificações possíveis é a dos sistemas simples compressíveis, em que
eliminamos diversos dos termos e ficamos apenas com:
Mas também podemos dizer que o sistema é estacionário, assim, chegamos em:
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica – Balanço de Energia
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica – Balanço de Energia
Resumindo, para qualquer sistema e qualquer processo poderemos escrever a 1ª lei da termodinâmica como:
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Termodinâmica Aplicada
Primeira Lei da Termodinâmica/Balanço de Energia – Exemplos
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Exercícios
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1. Um sistema fechado adiabático é acelerado a partir de 0 m/s até 30 m/s. Determine a
variação da energia específica desse sistema, em kJ/kg.
2. Um sistema fechado adiabático é elevado em 100 m em um local onde a aceleração da
gravidade é de 9,8 m/s2. Determine a variação da energia desse sistema, em kJ/kg.
3. Uma sala de aula para 40 pessoas deve ser climatizada por meio de aparelhos de
condicionamento de ar com capacidade de resfriamento de 5 kW. Considera-se que uma
pessoa parada dissipe calor a uma taxa de aproximadamente 360 kJ/h. Existem 10 lâmpadas
incandescentes na sala, cada uma com uma capacidade nominal de 100 W. A taxa de
transferência de calor para a sala através das paredes e das janelas é estimada em15.000
kJ/h. Para que o ar da sala seja mantido à temperatura constante de 21 ºC, determine o
número de aparelhos de condicionamento de ar necessários.
Exercícios
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4. Um ventilador deve acelerar ar parado até a velocidade de 8 m/s a uma taxa de 9 m3/s.
Determine a potência mínima que deve ser fornecida ao ventilador. Suponha que a
densidade do ar seja de 1,18 kg/m3.