caminhos entre estados termodinâmicos

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Caminhos entre estados termodinâmicos 
Transferência de energia 
Energia pode ser transferida de ou para uma massa por meio de dois 
mecanismos: 
 transferência de calor Q e trabalho W. 
 
A transferência de energia é considerada transferência de calor quando a 
força motriz é a diferença de temperatura. Caso contrario, a transferência de 
energia é trabalho. 
 
Trabalho por unidade de tempo é chamado de potência. 
A unidade de potência é W (watt) ou HP (1 HP = 746 W). 
A expressão fluxo de calor é entendida como a transferência de energia térmica, e não como o 
fluxo de uma substância. 
Iremos referir energia térmica como calor e a transferência de energia térmica como 
transferência de calor. 
 
A quantidade de calor transferido durante determinado processo é representada por Q. 
 
A quantidade de calor transferido por unidade de tempo é denominada taxa de 
transferência de calor e representada por 
 
O ponto acima da letra Q significa derivada temporal ou “por unidade de tempo”. 
 
A taxa de transferência de calor tem como unidade J/s, que é equivalente a W. 
Q
Quando a taxa de transferência de calor é conhecida, a quantidade 
total de calor transferido Q, em dado intervalo de tempo ∆t, pode ser 
determinada por 
 Para o caso especial em que é constante, Q
A taxa de transferência de calor por unidade de área normal à direção da 
transferência de calor é denominada fluxo de calor, e o fluxo de calor médio é 
dado por 
Q
onde A é a área de transferência de calor. 
Determine o fluxo de calor no bloco dado na figura. 
 
 
Uma esfera de cobre de 10 cm de diâmetro deve ser aquecida de 100 °C até a 
temperatura média de 150 °C em 30 minutos. Admitindo que os valores 
médios da densidade e do calor especifico da esfera são 
 
 
 respectivamente, determine: (a) a quantidade total do calor transferido para a 
esfera de cobre, (b) a taxa média do calor transferido para a esfera e (c) o fluxo 
médio de calor. 
 (a) A quantidade de calor transferido para a esfera de cobre é simplesmente 
a variação da energia interna e pode ser determinada por 
 
Energia transferida para o sistema = Aumento de energia do sistema 
(b) Podemos determinar a taxa média de transferência de calor dividindo a 
quantidade de calor transferido pelo intervalo de tempo correspondente. Logo, 
(c) Fluxo de calor é definido como o calor transferido por unidades de tempo e 
de área, ou taxa de transferência de calor por unidade de área. Assim, o fluxo 
médio de calor, nesse caso, e 
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 
A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como princípio da 
conservação de energia, estabelece que a energia não pode ser criada nem 
destruída durante um processo; pode apenas mudar de forma. 
 
- 2ª Lei da Termodinâmica 
- Conceitos de processos reversíveis e irreversíveis 
Balanço de energia para sistemas fechados (massa constante) 
Um sistema fechado é um sistema de massa 
constante. 
Sistema estacionário fechado (trabalho nulo): 
onde Q é a quantidade líquida de transferência 
de calor para ou do sistema. 
Balanço de energia para sistemas de escoamento em regime permanente 
Quando as variações na energia cinética e potencial forem desprezíveis, o que 
normalmente ocorre, e não houver incidência de trabalho, o balanço de 
energia para esse escoamento em regime permanente se reduzira a: 
1,2 kg de água no estado líquido, inicialmente a 15 °C, deve ser aquecida 
para 95 °C em uma chaleira equipada com um elemento de aquecimento 
eléctrico de 1200 W no interior. A chaleira é de 0,5 kg, e tem um calor 
específico médio de 0,7 kJ/(kg ° C). Determinar quanto tempo levará para 
que aquecer a água. Calor específico da água 4,18 kJ/(kg °C). 
Ignorar qualquer perda de calor na chaleira 
= 1.2 kJ/s 
Um trecho de 5 m de comprimento de sistema de aquecimento de ar passa por um espaço não 
aquecido em um porão (Fig.). A seção transversal do duto retangular mede 20 cm x 25 cm. Ar 
quente entra no duto a 100 kPa e 60 °C, com velocidade média de 5 m/s. A temperatura do ar 
no duto cai para 54 °C, como resultado da perda de calor para o espaço frio do porão. 
Determine a taxa de perda de calor do ar no duto para o porão frio sob condições de regime 
permanente. Determine também o custo dessa perda de calor por hora, uma vez que a casa é 
aquecida por uma fornalha de gás natural cuja eficiência é de 80%, em uma região onde o 
custo do gás natural é de US$ 0,60/therm (1 therm = 105.500 kJ) 
O calor específico com pressão constante do ar 
para temperatura média de (54 + 60)/2 = 57 °C 
é de 1,007 kJ/(kg.K) 
 
Rar=0,287 kPa m
3/(kg. K)