TE1 AULA 2 SISTEMA TRABALHO PRIMEIRA LEI

Prévia do material em texto

Termodinâmica I
Introdução à termodinâmica
Prof. Msc. Raphael Nascimento
1
Termometria
 Noções de estado térmico:
 Critérios:
 Sensorial
 Medições quantitativas
 O objetivo da termometria é estabelecer a relação entre as variações
da propriedade escolhida com as variações do estado térmico do
sistema.
2
Termometria
 Temperatura
 Medida física do grau de agitação molecular
a
b
T
Propriedade (estado)
T = ax + b onde a tga = a
3
Termometria
 Temperatura X propriedades físicas
a
b
T
Propriedade (estado)
Sólido Líquido
TE
TF
4
Termometria
 Escalas de Temperatura
 Relativas
 Celsius (°C)
 Nessa escala são atribuídos os valores 0°C para o ponto de gelo da água 
e 100°C para o de vaporização.
 Fahrenheit (°F)
 32°F para o ponto de gelo
 212 °F para a vaporização
5
Termometria
 Escala absoluta 
 Kelvin (°K ou K)
 Rankine (°R)
 Principais conversões:
 Celsius para Kelvin: T(K) = T(°C) + 273
 Rankine para Kelvin:
 Fahrenheit para Kelvin: 
6
Calorimetria
 Calor
 Quando dois corpos “A” e “B” em temperaturas diferentes Ta e
Tb são colocados em contato, isolados de qualquer outro. O
corpo mais quente perde energia para o mais frio.
A B
Ta > Tb
Fluxo de calor será sempre
do corpo com temperatura
mais elevada para o de menos
elevada.
Fluxo de calor
7
Calorimetria
 Unidade de energia na forma de calor
 Caloria (cal): é a quantidade necessária de calor recebida por um grama de
água que ocorrerá na variação de 1°K de temperatura.
 Tipos de Calor
 Sensível: É aquele que provoca apenas uma variação de temperatura dos
corpos, diferenciando-se do calor latente, que muda a estrutura física
dos mesmos.
 Latente: Também chamado de calor de transformação, é a grandeza
física relacionada à quantidade de calor que uma unidade de massa de
determinada substância deve receber ou ceder para mudar de fase, ou
seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice versa
8
Calorimetria
 Sensível X Latente
T
Propriedade (estado)
Calor sensível
Calor latente
s
S +L
L L + G
9
Calorimetria 
 Equações empíricas
 Calor sensível: dQ = m.c.dT
 m = massa, c = calor específico
 Calor latente: dQ = mL
 m = massa, L = calor latente
 Calor latente de fusão
 Calor latente de vaporização
10
Calorimetria
 Capacidade térmica
 Resistência térmica das substâncias
Calor sensível
11
Transferência de calor
 Tipos de transferência
 Condução: Precisa de um meio para ser propagada
 Convecção: Precisa de um meio para ser propagada
 Irradiação: Não precisa de um meio para ser propagada.
12
Transferência de calor
 Fluxo de calor
tempo
Unidade: Watt
13
Transferência de calor
 Condução
dx
T2 T1
T2 > T1
Lei de Fourier
A distância é inversamente 
proporcional ao fluxo de calor
k = constante de condutividade térmica específica do material
A = área do material
14
Transferência de calor
Resistência térmica
T1 T2
T1 > T2
Fluxo 
1 2
TX
dx1 dx2
15
Dilatações térmicas
 Dilatação térmica dos sólidos
 a = Coeficiente de dilatação térmica linear (1/k)
 k = constante de condutividade do material
L0
Lf
∆L
16
Dilatação térmica superficial (β)
A=L0
1 x L0
2
L0
1
L0
2
Lf
1
Lf
2
Área final
17
Dilatação térmica volumétrica
dyf
dz0
dy0
dx0
dzf
dxf
18
Transferência de Calor
 Convecção 
 É a transferência de calor de um local para outro pelo movimento de fluidos.
A presença de movimento de volumes do fluido aumenta a transferência de
calor entre a superfície sólida e o fluido (líquidos ou gases).
19
Transferência de Calor
 Convecção natural ou livre
 Quando calor é transferido pela circulação de fluidos devido a
flutuação da mudanças de densidade induzidas pelo próprio calor.
20
Transferência de Calor
 Lei do Resfriamento de Newton
 A= área
 H = coeficiente de transferência de calor por convecção
 dT [Tobj (temperatura da superfície do objeto) –Tamb (ambientes)]
21
Transferência de Calor
 Irradiação
 Lei de Stefan-Boltzman
 O poder de emissão de um corpo negro é diretamente proporcional a
temperatura absoluta (K) elevada a quarta potência.
22
Sistemas Termodinâmicos
Aberto Fechado
Isolado (adiabático)
23
Energia Interna (Mudança por Calor e/ou 
Trabalho)
Trabalho Calor
24
Trabalho
 (a) Expressão Geral do Trabalho
25
Trabalho
 (b) Expansão Livre
 w = 0 (Expansão no vácuo)
 (c)Expansão contra uma pressão constante
26
Trabalho
 (d) Expansão Reversível
 Uma transformação reversível, em termodinâmica, é uma
transformação que pode ser revertida pela modificação
infinitesimal de uma variável.
 Equilíbrio entre as pressões (interna e externa)
27
Trabalho 
 (d) Expansão Isotérmica Reversível
28
Energia Interna
 Função de Estado
29
Energia Interna
 Teorema da Equipartição
 Definição: Em Termodinâmica a energia interna de um
sistema corresponde à soma de todas as energias
cinéticas.
30
1° Lei da Termodinâmica
 Baseada no princípio em que a energia é conservada
durante o processo. O calor e o trabalho são maneiras
equivalentes de se alterar a energia interna do sistema
termodinâmico.
 Obs.: Em um sistema com fronteiras adiabáticas a sua
energia interna é constante.
31
Capacidade Calorífica a Volume Constante 
(Cv)
 A variação da energia interna será em função da
temperatura em um sistema a volume constante.
32
Entalpia (H)
 A variação da energia interna não é igual ao calor recebido
pelo sistema quando o volume não for constante. Entretanto,
essa variação é igual quando a transferência é realizada a
pressão constante.
 Entalpia: A variação da entalpia será igual ao calor fornecido a
pressão constante.
33
Capacidade Calorífica a Pressão Constante 
(Cp)
34
Capacidade Calorífica a Pressão Constante 
(Cp)
Transformações Adiabáticas
Compressão
Expansão
Transformações Adiabáticas
 O trabalho numa transformação adiabática
Adiabático
Transformações Adiabáticas
 Razão entre capacidades caloríficas