Termodinamica_caps_1_e_2

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“A ciência da energia”
Energia: capacidade para realizar trabalho. Possui várias 
formas:
Térmica
Cinética
Termodinâmica - Introdução
Cinética
Potencial (gravitacional, elástica, etc.)
Química
Etc.
Conservação da Energia
A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de 
uma forma a outra.
Consequência: a energia precisa vir de algum lugar e ir para algum lugar, 
sempre.
Os processos de conversão de energia de uma forma a outra não são 
perfeitos. Parte da energia inicial será “perdida”.
Pergunta: para onde vai a energia “perdida”?
A relação entre a energia útil e a energia total fornecida ao sistema é 
chama rendimento. É a fração da energia total que efetivamente se 
transforma em energia útil.
Consequência 2: nenhum processo de conversão de energia pode ter 
rendimento superior a 100%.
Conservação da Massa
A massa não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.
Consequência: a massa precisa vir de algum lugar e ir para algum lugar, 
sempre.
Existe algum processo com mais de 100% de rendimento?
Existe alguma exceção às leis de conservação de 
energia e massa?
Existe uma equivalência entre massa e energia???
Reações nucleares??? Einstein????
Sistemas e volumes de controle
Sistema: quantidade de matéria ou região no espaço 
selecionada para estudo. 
Vizinhança: massa ou região fora do sistema.
Fronteira: limite entre o sistema e a vizinhança.Fronteira: limite entre o sistema e a vizinhança.
Sistema fechado: a massa não pode cruzar as suas fronteiras. 
Consequência: a quantidade de massa em um sistema fechado 
é constante. Entretanto, a energia pode cruzar as fronteiras do 
sistema e o seu volume pode variar. Exemplo: sistema cilindro-
êmbolo. Também conhecido como massa de controle.
Sistema isolado: sistema fechado no qual a energia não pode 
cruzar as fronteiras.
Sistema aberto: tanto a energia quanto a massa podem cruzar 
a fronteira do sistema. Também conhecido como volume de 
controle.
Sistemas e volumes de controle
A correta definição do sistema é um passo essencial para 
resolver um problema de engenharia.
São as características do sistema. Ex.: pressão P, temperatura T, 
volume V, massa m, etc.
As propriedades podem ser classificadas como intensivas ou 
extensivas: 
Propriedades intensivas: independentes da massa de um 
Propriedades de um sistema
Propriedades intensivas: independentes da massa de um 
sistema. Ex.: temperatura, pressão, densidade.
Propriedades extensivas: dependem da “extensão” do sistema. 
Ex.: massa total, volume total, quantidade de movimento total.
Para determinar se determinada propriedade é intensiva ou 
extensiva, basta dividir o sistema em duas partes iguais. As 
propriedades intensivas permanecem iguais, as extensivas não!
Como é formada a matéria?
Sólidos
Líquidos
Gases
e outros estados menos comuns no dia a dia...
Contínuo
A termodinâmica adota a abordagem do contínuo. 
Vamos considerar que a matéria, em todos os seus 
estados, é um contínuo, ou seja, é perfeitamente homogênea e 
não possui “buracos”.
Estado e equilíbrio
O estado é a condição do sistema.
Equilíbrio significa que o estado não está mudando e que não 
existem forças motrizes (“tendências”) para mudar de estado.
Um sistema em equilíbrio mantém o seu estado inalterado 
quando é isolado da vizinhança. quando é isolado da vizinhança. 
Ex.: equilíbrio térmico, equilíbrio de fases na água.
Escala de temperatura absoluta [K]
Estado e equilíbrio
Variação da pressão com a profundidade de um líquido:
Estática dos fluidos: P=Patm+ρ.g.h
É possível usar a mesma equação com um gás?
Processos e ciclos
Qualquer mudança em um sistema que vai de um ponto 
de equilíbrio para outro é um processo. O caminho 
percorrido pelo sistema é a série de estados que pelos 
quais o sistema passa durante o processo. 
Para descrever completamente um processo, devemos 
especificar os estados inicial e final do processo, assim especificar os estados inicial e final do processo, assim 
como o caminho seguido e as interações com a vizinhança. 
Processo quase-estático: processo no qual o sistema 
permanece infinitesimalmente perto do equilíbrio em todos 
os momentos. O processo é lento o suficiente para que não 
existam gradientes dentro do sistema.
Processo quase-estático
existam gradientes dentro do sistema.
Um processo quase-estático é uma idealização. Porém, 
existem processos suficientemente lentos para que sejam 
tradados como quase estáticos, pelo menos como uma 
primeira aproximação.
Normalmente, o rendimento dos processos quase-estáticos é 
superior ao rendimento dos processos que se distanciam da 
condição de equilíbrio. 
Processo quase-estático
Regime permanente
Regime permanente: não há mudanças com o tempo (as 
derivadas em relação ao tempo são iguais a zero).
Oposto de regime permanente: transitório, transiente.
Conservação da energia
1.Geladeira com a porta aberta em um ambiente 
perfeitamente isolado.
2. Ar condicionado em um ambiente perfeitamente 
isolado.
3. Carro, ao longo de todo o dia.
Energia por unidade de massa
Energia interna: u=E/m [kJ/kg]
Energia cinética: ke=(1/m).m.v2/2=v2/2 
Energia potencial gravitacional: pe=mgz/m=g.z
Energia total em um sistema mecânico (aprox.):
e=u+ke+pe=u+v2/2+g.z [kJ/kg]
Fluxo de massa
Fluxo de massa
Fluxo de energia
No escoamento de um fluido:
Em um fluido incompressível (ρ = cte.)
Fluxo de energia
Exercício: relacionar pressão e energia 
(análise dimensional), escrevendo [Pa] em 
função de [J].
Trabalho elétrico
W=V.I [W]
V=R.I (lei de Ohm)
Unidades:
1C= 6.24150934e×1018
Uma corrente de 1 A é definida como a corrente constante
que, se mantida em dois condutores paralelos retos de
comprimento infinito e área transversal desprezível, a uma
distância de 1 metro no vácuo, produzirá entre os condutores
Trabalho elétrico
distância de 1 metro no vácuo, produzirá entre os condutores
uma força de 2 × 10−7 N por metro de comprimento
Calor e energia interna
Calor: energia térmica transferida de um corpo a 
outro.
Lei zero da termodinâmica: uma diferença de 
temperatura implica transferência de calor e vice-
versa.versa.
Processo adiabático: não existe transferência de 
calor.
Calor específico: relaciona temperatura e energia 
térmica. Verificar unidades, valores.
Trabalho no eixo
Torque: força multiplicada pelo braço da alavanca [N.m].
A distância percorrida em função do braço da alavanca e do 
número de rotações é:
O trabalho é a força multiplicada pela distância:
Potência Exercício: análise dimensional do resultado
Eficiência
Eficiência
Exemplos: processo de aquecimento de água, 
sistema de propulsão de um barco, gerador sistema de propulsão de um barco, gerador 
elétrico.