Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Campi São José dos Campos – Dutra TERMODINÂMICA BÁSICA NOTA DE AULA 1 Introdução A termodinâmica é a ciência que trata da energia. Podemos disser que a energia é a capacidade de provocar alterações. A termodinâmica se baseia na lei fundamental da natureza que é o princípio de conservação de energia. A energia pode ser transformada de uma forma para a outra, mas não pode ser criada nem destruída, sendo que seu balanço permanece constante. A termodinâmica é encontrada em diversos processos presentes na Engenharia e no dia-a-dia também. Dentre eles podemos citar o funcionamento de sistemas de aquecimento e condicionamento de ar, refrigerador, panela de pressão, chuveiro, automóveis, aviões, coletores de energia solar, usinas térmicas, nucleares e até mesmo a transformação de energia de nossas células e a transferência de calor para manter o corpo em temperatura constante. Unidade e Dimensões As dimensões são divididas em primárias ou fundamentais (comprimento, L; massa, m; tempo t; temperatura, T) e secundárias ou derivadas (velocidade, v; energia, E; etc). Na ciência atual existem dois conjuntos de unidades em uso: o Sistema Inglês e o Sistema Internacional As principais unidades são mostradas na tabela a seguir: Existem tabelas que possuem unidades que não se enquadram nos sistemas definidos acimas. Essas unidades se encontram definidas na tabela abaixo: Grandeza Unidade Símbolo Pressão Quilograma força por centímetro quadrado Pressão Libra força por polegada quadrada PSI Pressão bar bar Energia Caloria cal Conceitos Fundamentais Sistema: quantidade de matéria ou região no espaço selecionada para estudo. Vizinhança: massa ou região fora do sistema. Fronteira: superfície real ou imaginária que separa o sistema da vizinhança. Essa pode ser fixa ou móvel. A fronteira não tem massa, nem ocupa volume no espaço. Sistema fechado: possui uma quantidade fixa de massa que não pode atravessar a fronteira, porém permite a passagem de energia na forma de calor e trabalho. Sistema isolado: não permite a passagem de massa nem energia pela fronteira. Sistema aberto: também conhecido com Volume de Controle, permite o fluxo de massa e de energia pela fronteira, que neste caso recebe o nome de superfície de controle. Fase: Matéria que tem a mesma composição química em toda sua extensão. Propriedade: Qualquer grandeza que descreve um sistema. Estado: condição em que se encontra o sistema, caracterizada pelo conjunto de propriedades do mesmo. Sistema simples: Aquele cujo estado é definido por apenas duas propriedades. Processo: mudança de um estado para outro, isto é, quando qualquer uma das propriedades de um sistema se altere. Porém, se nenhuma propriedade se altera com o tempo dizemos que o sistema está em regime permanente. Propriedades Termodinâmicas – São as propriedades que definem um sistema termodinâmico e podem ser divididas em duas classes gerais, as intensivas e as extensivas. Propriedade extensiva: Valor depende da quantidade de matéria do sistema, é uma propriedade aditiva. (massa, volume, energia, etc). Propriedade intensiva: Valor independe da quantidade de matéria. Pode variar ponto a ponto, isto é, podem ser função da posição é do tempo (volume específico, pressão, temperatura, etc). Estado de Equilíbrio: condição em que o sistema não sofre mudanças espontâneas, mesmo submetidas a pequenas perturbações. Processo quase estático ou de quase equilíbrio: é quando um sistema infinitesimalmente próximo a um estado de equilíbrio em todos os momentos, isto é, o processo é suficientemente lento que permite ao sistema ajustar-se internamente para que as propriedades de uma parte do sistema não mudem mais rapidamente do que as propriedades das outras partes. Processo quase estático Colocação de pesos muito pequenos – compressão infinitesimal e muito lenta Contínuo: apesar de a matéria ser formada por moléculas, e consequentemente, apresentar espaços vazios entre os átomos é conveniente para o estudo de a termodinâmica clássica considerar a matéria como um contínuo. Propriedade Específica - Uma propriedade específica de uma dada substância é obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da respectiva substância contida no sistema. Uma propriedade específica é também uma propriedade intensiva do sistema. Massa específica: é a massa por unidade de volume. Ela depende da temperatura e da pressão para os gases, sendo proporcional a pressão e inversamente proporcional a temperatura. Para os sólidos e líquidos, substâncias incompressíveis, a variação com a pressão é praticamente desprezível, dependendo apenas da temperatura. Volume específico: é o volume por unidade de massa, ou seja, é o inverso da massa específica. Densidade ou densidade relativa: é a razão entre a massa específica de uma substância e a massa específica de um padrão conhecido como a água ou o ar. Este valor é adimensional. Peso específico: é o peso de uma substância por unidade de volume dessa mesma substância. Mudança de Estado de um Sistema Termodinâmico Quando qualquer propriedade do sistema é alterada, por exemplo; Pressão, Temperatura, Massa, Volume, etc, dizemos que houve uma mudança de estado no sistema termodinâmico. Portanto, o caminho definido pela sucessão de estados através dos quais o sistema passa é chamado processo. Abaixo são definidos os diversos tipos de processos. Processo isotérmico: processo que ocorre à temperatura constante. Processo isobárico: processo que ocorre à pressão constante. Processo isométrico, isovolumétrico ou isocórico: processo que ocorre a volume constante. Processo isoentalpico: processo que ocorre à entalpia constante. Processo isentrópico: processo que ocorre à entropia constante. Processo adiabático: processo que ocorre sem transferência de calor. Ciclo Termodinâmico Quando um sistema (substância), em um dado estado inicial, passa por certo número de mudança de estados ou processos e finalmente retorna ao estado inicial, o sistema executa um ciclo termodinâmico. Deve ser feita uma distinção entre ciclo termodinâmico, descrito acima, e um ciclo mecânico. Um motor de combustão interna de quatro tempos executa um ciclo mecânico a cada duas rotações. Entretanto o fluido de trabalho não percorreu um ciclo termodinâmico dentro do motor, uma vez que o ar e o combustível são queimados e transformados nos produtos de combustão, que são descarregados para a atmosfera. Lei Zero da Termodinâmica Quando dois corpos tem a mesma temperatura dizemos que estão em equilíbrio térmico entre si. Podemos definir a lei zero da termodinâmica como: "Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilíbrio térmico entre si". A lei zero da termodinâmica define os medidores de temperatura, os TERMÔMETROS.
Compartilhar