[Apostila] - Termodinâmica Aplicada - Aula 1 - Conceitos Fundamentais sem exercícios - Profa. Dra. Ana Maria Pereira Neto

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Universidade Federal do ABC
Profa. Dra. Ana Maria Pereira NetoProfa. Dra. Ana Maria Pereira NetoProfa. Dra. Ana Maria Pereira NetoProfa. Dra. Ana Maria Pereira Neto
ana.neto@ufabc.edu.brana.neto@ufabc.edu.brana.neto@ufabc.edu.brana.neto@ufabc.edu.br
Bloco A, torre 1, sala 637Bloco A, torre 1, sala 637Bloco A, torre 1, sala 637Bloco A, torre 1, sala 637
BC1309BC1309
Termodinâmica AplicadaTermodinâmica Aplicada
Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
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Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
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� Termodinâmica: estuda as relações entre as transferências de
energia de e/ou para um sistema e as mudanças em suas
propriedades (temperatura, pressão, volume, etc.).
� É um ramo da física e também uma ciência da engenharia. O
interesse na engenharia é estudar os sistemas e como estes
interagem com o meio. Para isso, estende-se o conceito de sistema,
incluindo aqueles através dos quais há fluxo de massa.
� O objetivo da engenharia é obter projetos otimizados, com melhor
desempenho e eficiência, além de menor impacto ambiental.
Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
�� Sistema;Sistema;
�� Volume de controle;Volume de controle;
�� Propriedades Termodinâmicas;Propriedades Termodinâmicas;
�� Equilíbrio;Equilíbrio;
�� Estado, Processo e Ciclo Termodinâmicos;Estado, Processo e Ciclo Termodinâmicos;
�� Substância Pura;Substância Pura;
�� Temperatura;Temperatura;
�� Pressão;Pressão;
�� Volume Específico e Densidade;Volume Específico e Densidade;
�� Unidades do SI.Unidades do SI.
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SistemasSistemas
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SistemaSistema
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� SistemaSistema:: uma parte determinada do universo, na qual estamos
interessados.
SistemaSistema
Fronteira
VizinhançaVizinhança
� VizinhançaVizinhança:: a partir do momento em que definimos o sistema,
chamamos o resto do universo de vizinhança.
� FronteiraFronteira:: superfície real ou imaginária que separa o sistema de sua
vizinhança (fixa ou móvel).
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Tipos de SistemasTipos de Sistemas
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� FechadoFechado (sistema)(sistema):: é aquele que não troca massa com a
sua vizinhança, mas pode trocar energia.
� AbertoAberto (volume(volume dede controle)controle):: é aquele que pode trocar
tanto massa como energia com a sua vizinhança.
� IsoladoIsolado:: é aquele que não pode trocar energia com a sua
vizinhança.
SistemaSistema
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Fronteira
Vizinhança
massa
Calor (Q)
Trabalho (W)
�� SistemaSistema:: é aquele que não troca massa com a sua vizinhança, mas
pode trocar energia.
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Volume de ControleVolume de Controle
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Fronteira
Vizinhança
Calor (Q)
Trabalho (W) mvc
me
ms
�� VolumeVolume dede ControleControle:: é aquele que pode trocar tanto massa como
energia com a sua vizinhança.
Propriedades TermodinâmicasPropriedades Termodinâmicas
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Propriedades TermodinâmicasPropriedades Termodinâmicas
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� Para definir um sistema completamente, precisamos entender certas
variáveis experimentais:
PressãoPressão VolumeVolume TemperaturaTemperatura ComposiçãoComposição
� Qualquer característica de um sistema é chamada de propriedade.
� As propriedades podem ser classificadas como:
� IntensivasIntensivas:: são independentes da massa de um sistema;
�� ExtensivasExtensivas:: são valores que dependem do tamanho (ou extensão)
do sistema.
Propriedades TermodinâmicasPropriedades Termodinâmicas
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� Características macroscópicas do sistema ou do volume de
controle:
volume total
densidade
temperatura
IntensivasIntensivas ExtensivasExtensivas
pressão energia interna
entalpia
entropia
� Estas variáveis coletivamente descrevem:
Estado TermodinâmicoEstado Termodinâmico
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Propriedades TermodinâmicasPropriedades Termodinâmicas
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m, V, T, P, m, V, T, P, ρρρρρρρρ
½ m,½ m,
½ V,½ V,
T, P, T, P, ρρρρρρρρ
½ m,½ m,
½ V,½ V,
T, P, T, P, ρρρρρρρρ
EquilíbrioEquilíbrio
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Equilíbrio TermodinâmicoEquilíbrio Termodinâmico
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Um sistema está em equilíbrioequilíbrio
termodinâmicotermodinâmico com seu meio
(vizinhança), dentro das condiçõescondições a
que está submetido, se é incapaz de
uma mudançamudança espontâneaespontânea, enquanto
não variarem essas condiçõescondições.
�� CONDIÇÕES:CONDIÇÕES: EquilíbrioEquilíbrio TérmicoTérmico
EquilíbrioEquilíbrio MecânicoMecânico
EquilíbrioEquilíbrio dede FaseFase
EquilíbrioEquilíbrio QuímicoQuímico
(temperatura igual em todo sistema)
(não há variação de pressão)
(massa constante de cada fase)
(composição não muda com o tempo)
Estado, Processo e Ciclo Estado, Processo e Ciclo 
TermodinâmicoTermodinâmico
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Estado TermodinâmicoEstado Termodinâmico
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� É a condição de um sistema descrito pelas suas propriedades.
Primeiro Postulado da TermodinâmicaPrimeiro Postulado da Termodinâmica
� O estadoestado de um sistema constituído por uma substância simples
pode ser especificado por completo somente indicando o valor de
duasduas propriedadespropriedades termodinâmicastermodinâmicas.
Temperatura
Pressão
Energia interna específica
Entalpia específica
Entropia específica
Volume específico
GráficosTabelas Equações de Estado
Processo TermodinâmicoProcesso Termodinâmico
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Mudança do estado termodinâmico!Mudança do estado termodinâmico!
� Toda mudança pela qual um sistema passa de um estado de
equilíbrio para outro é chamada de processoprocesso.
�� IsotérmicoIsotérmico: temperatura permanece constante.
�� IsobáricoIsobárico:: pressão permanece constante.
�� IsocóricoIsocórico:: volume permanece constante.
�� AdiabáticoAdiabático:: não há troca de calor.
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Processo TermodinâmicoProcesso Termodinâmico
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Estado 1
Estado2
ProcessoProcesso A
Processo BProcesso B
Processo CProcesso C
Ciclo TermodinâmicoCiclo Termodinâmico
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Sistema parte de um dado estado inicial, 
percorre diferentes estados termodinâmicosestados termodinâmicos, 
através de diferentes processos termodinâmicosprocessos termodinâmicos, , 
e retorna ao mesmo estado inicial.
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Ciclo TermodinâmicoCiclo Termodinâmico
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Ciclo 1: A-B-C-E-G
Estado 4
Estado 1 Estado 2
Estado 5
Estado 3
A
B
F
D
E
G
CCiclo 2: B-C-D
Ciclo 3: B-C-E-F
Substância PuraSubstância Pura
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Substância PuraSubstância Pura
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Fase: Fase: qualquer estado físico da matéria.
Sólido Líquido Gasoso
Substância Pura: Substância Pura: substância que possui uma composição química fixa 
em toda sua extensão.
TemperaturaTemperatura
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TemperaturaTemperatura
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Frio Quente
É algo subjetivo!
TemperaturaTemperatura
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Melhor definir a chamada “igualdade de temperaturaigualdade de temperatura”.
Lei Zero da TermodinâmicaLei Zero da Termodinâmica
� “Quando dois corpos têm igualdade de temperatura com um
terceiro corpo, eles terão igualdade de temperatura entre si.”
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TemperaturaTemperatura
II
SS
OO
LL
AA
NN
TT
EECONDUTORCONDUTOR CONDUTORCONDUTOR
AA
CC
BB
� Se os sistemassistemas AA e BB estão em equilíbrioequilíbrio térmicotérmico com o sistemasistema CC,
então os sistemassistemas AA e BB encontram-se em equilíbrioequilíbrio térmicotérmico entreentre sisi.
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Medidas de TemperaturaMedidas de Temperatura
� Antes de usar a temperatura como uma medida para saber se um
corpo está quente ou frio, precisamos construir uma escala de
temperatura.
Utilizando a lei zero, podemos nos valer de qualquer substância cujas Utilizando a lei zero, podemos nos valer de qualquer substância cujas 
propriedades variem de forma facilmente mensurável com a temperatura propriedades variem de forma facilmente mensurável com a temperatura 
(volume de um líquido, comprimento de um sólido, resistência elétrica de (volume de um líquido, comprimento de um sólido, resistência elétrica de 
um condutor, etc.). Posteriormente, calibramos através da medição do valor um condutor, etc.). Posteriormente, calibramos através da medição do valor 
da propriedade quando em contato térmico com dois fenômenos que da propriedade quando em contato térmico com dois fenômenos que 
possam ser facilmente reproduzidos. Dividepossam ser facilmente reproduzidos. Divide--se então o intervalo entre os se então o intervalo entre os 
valores medidos em um número de partes iguais.valores medidos em um número de partes iguais.
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Fonte: Nebra (2001)
Medidas de TemperaturaMedidas de Temperatura
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� Medição de temperatura através da
variação volumétrica de uma substância
termométrica.
� Comparação com um estado de referência.
�� TermômetroTermômetro:: mede a sua própria temperatura, mas quando ele está
em equilíbrio térmico com outro corpo, as temperaturas devem ser
iguais.
Escalas de TemperaturaEscalas de Temperatura
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� Escala Celsius: 0º C - ponto de fusão da água.
100º C - ponto de ebulição da água.
� Kelvin
� Escala Fahrenheit:
32º F - ponto de fusão da água.
212º F - ponto de ebulição da água.
Baseada nos princípios da 2a Lei da Termodinâmica
Diz-se: 32ºC (trinta e dois graus Celsius) 
32ºF (trinta e dois graus Fahrenheit)
32 K (trinta e dois Kelvin)
32ºK (trinta e dois graus Kelvin) E R R A D O
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ConversõesConversões
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Celsius e Kelvin T(K) = T(°C) + 273
Celsius e Fahrenheit T(°F) = 1,8T(°C) + 32
PressãoPressão
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PressãoPressão
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F
A A
A
F
A
FlimP
0A
⇒
δ
δ
=
→δ
�� PressãoPressão:: é definida como uma força normal exercida por um fluido
por unidade de área.
Volume Específico e DensidadeVolume Específico e Densidade
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Volume Específico e DensidadeVolume Específico e Densidade
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





==
kg
m
m
V
v
3






==ρ 3m
kg
V
m
� Volume específico:
� Densidade:
* Volume específico: propriedade extensiva por unidade de massa. ρ
1
=v
Sistema Internacional de UnidadesSistema Internacional de Unidades
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Quantidade BásicaQuantidade Básica Nome da UnidadeNome da Unidade SímboloSímbolo
MassaMassa kilograma kg
ComprimentoComprimento metro m
TempoTempo segundo s
VolumeVolume m3
Pressão Pressão pascal kPa*
TemperaturaTemperatura kelvin K
*A unidade de pressão pascal é pequena para quantificar as pressões encontradas na prática.
Algumas Unidades do SIAlgumas Unidades do SI
m
m
m
Algarismos SignificativosAlgarismos Significativos
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� Dados:
� Volume: V = 3,75 L
� Densidade: ρρρρ = 0,845 kg/L
� Encontrar: m = ? kg






==ρ 3m
kg
V
m
m = 3,75 x 0,845 = 3,16875 kg
� Arredondando para 3 algarismos significativos:
m = 3,17 kg
Algarismos SignificativosAlgarismos Significativos
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Propriedades TermodinâmicasPropriedades Termodinâmicas