03 Calor e Trabalho

Prévia do material em texto

Termodinâmica
Calor e Trabalho
Tópicos abordados
 Calor: definição e formas de transferência de calor;
 Trabalho: definição e trabalho termodinâmico.
Observação importante: esse guia foi preparado por mim e não foi feita
uma revisão criteriosa do mesmo. Se você encontrar qualquer tipo de erro,
por favor, me avise para que eu possa corrigi-lo.
2
Definição de Calor
 Forma de transferência de energia através da fronteira de 
um sistema a um outro sistema (ou meio) que apresenta 
temperatura menor.
 Um corpo nunca contém calor, contém energia.
 O que isso significa? O calor só pode ser identificado quando 
atravessa uma fronteira.
 Modos de Transferência de Calor: Convecção; Condução 
ou Difusão; Radiação.
3
Modos de transferência de calor
 Convecção:
 Transferência de energia entre uma superfície sólida e um fluido em
movimento;
 A grandeza é transportada porque o material é transportado;
 Necessita de um meio para ocorrer;
 Transporte devido à velocidade média do fluido.
 Condução ou Difusão:
 Transferência de energia das moléculas mais energéticas para moléculas
menos energéticas devido a interação entre as mesmas,
 Transporte devido à movimentação aleatória das moléculas;
 Também necessita de um meio para ocorrer;
 Ocorre devido a uma diferença de potencial.
Exemplo: difusão de calor ou condução térmica: a propriedade sendo 
difundida é o calor e o potencial é a temperatura.
Modos de Transferência de Calor
 Radiação:
 Transferência de energia através de ondas eletromagnéticas,
 Não necessita de um meio.
Modos de Transferência de Calor
Modos de Transferência de Calor
 Condução ou Difusão:
 É dada pela Lei de Fourier
 Convecção
 É dada pela Lei de resfriamento de Newton.
 Radiação
 dada pela Lei de Stefan-Boltzmann





 

L
TT
kA
dx
dT
kAQx
12
onde: 
• k é a condutividade térmica do 
material [W/m K]
• A é a área
• dT/dx é o gradiente de 
temperatura na direção x
•T é a temperatura [K]
•h é o coeficiente de transferência
de calor por convecção [W/m2 K]
•  é a emissividade do material
(valor adimensional)
•  é a constante de Stefan-
Boltzmann =5,6710-8W/m2K4
ThAQ 
 44sup ambienteerfície TTAQ  
Trabalho
 O trabalho, em termos de força e deslocamento, é 
definido como a força F agindo através de um 
deslocamento x, sendo este deslocamento na direção da 
força:
8
 
2
1
S
S
dSFW
Definição de Trabalho
9
 Onde encontramos o deslocamento?
 O trabalho atravessa as fronteiras do sistema?
Definição de Trabalho
 Como definimos o trabalho termodinâmico?
“Um sistema realiza trabalho sobre sua vizinhança se o 
único efeito sobre a parte externa desse sistema puder 
ser o levantamento de um peso.”
10
TRABALHO???
Definição de Trabalho
 Como definimos o trabalho termodinâmico????
 O trabalho é uma forma de transferência de energia.
 Trabalho não se refere ao que está sendo transferido ou 
armazenado no sistema, a energia é transferida e 
armazenada quando se realiza trabalho.
11
F=pA 





2
1
2
1
2
1
dVp
dSpA
dSFW
Trabalho de compressão e expansão
Trabalho Termodinâmico
 Caso 1: p=constante
 Caso 2: pV=constante
 Caso 3: pVn=constante
13
 
2
1
dVpW
VpW 21
Um gás sofre um 
processo 
politrópico
quando a relação 
entre a pressão e o 
volume durante o 
processo é dado 
por pVn=constante







1
2
1121 ln
V
V
VpW
n
VpVp
W



1
1122
21
Trabalho sob o ponto de vista 
termodinâmico
 Convenção de sinais - Relacionando o conceito de trabalho 
com os conceitos de sistemas, propriedades e processos:
 W>0 (positivo) - Trabalho realizado pelo sistema 
- sai energia do sistema;
 W<0 (negativo) - Trabalho realizado sobre o sistema.
- entra energia no sistema;
 A unidade de Trabalho é o Joule: 1 J = 1 Nm
 A unidade de Potência (Trabalho por unidade de tempo) é o 
Watt: 1 W = 1 J/s
14
Calor sob o ponto de vista termodinâmico
 Convenção de sinais – a convenção de sinais para Calor é oposta a 
convenção de sinais para Trabalho.
 Q>0 (positivo) - Calor transferido para um sistema;
- entra energia no sistema;
 Q<0 (negativo) - Calor transferido de um sistema.
- sai energia do sistema;
 Como o Trabalho, a unidade de Calor é o Joule.
 A taxa de transferência Calor (Calor por unidade de tempo) é o 
Watt.
15