termodinamica (1)

Prévia do material em texto

TERMODINÂMICA BÁSICA
UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA
- Introdução
Embora os princípios da termodinâmica existam desde a criação do universo, a teve seu
início com os escritos de Sadi Carnot e só surgiu como ciência após a construção dos
primeiros motores a vapor na Inglaterra, por Thomas Savery, em 1697, e por Thomas
Newcomen, em 1712. Apesar de muito lentos e ineficientes, esses motores abriram
caminho para o desenvolvimento de uma nova ciência.
A primeira e a segunda lei da termodinâmica surgiram simultaneamente na década de 1850,
principalmente em decorrência dos trabalhos de William Rankine, Rudolph Clausius e Lord
Kelvin (anteriormente William Thomson). O termo termodinâmica foi usado pela primeira
vez em uma publicação de Lord Kelvin em 1849. O primeiro livro sobre termodinâmica foi
escrito em 1859 por William Rankine, professor da Universidade de Glasgow.
A termodinâmica pode ser definida como a ciência da energia. Embora toda pessoa tenha
uma idéia do que seja energia, é difícil estabelecer uma definição exata para ela. A
energia pode ser entendida como a capacidade de causar alterações.
O nome termodinâmica vem das palavras gregas therme (calor) e dynamis (movimento)
que descrevem bem os primeiros esforços de converter calor em movimento. Hoje esse
mesmo nome é amplamente interpretado para incluir todos os aspectos da energia e das
transformações de energia, entre eles a geração de energia elétrica, a refrigeração e as
relações que existem entre as propriedades da matéria.
INTRODUÇÃO
Uma das leis mais fundamentais da natureza é o princípio de conservação da energia. Ele
diz que durante uma interação, a energia pode mudar de uma forma para outra, mas que
a quantidade total permanece constante. Ou seja, a energia não pode ser criada ou
destruída.
A Primeira Lei da Termodinâmica é apenas uma expressão do princípio de conservação da
energia, e diz que a energia é uma propriedade termodinâmica. A Segunda Lei da
Termodinâmica diz que a energia tem qualidade, assim como quantidade e que os
processos reais ocorrem na direção da diminuição da qualidade da energia.
A termodinâmica é encontrada normalmente em muitos sistemas de engenharia e em outros aspecto
da vida; é de essencial importância o engenheiro conhecer as aplicações.
Outras aplicações da termodinâmica estão no local onde moramos. Uma casa comum é, em alguns
aspectos. uma galeria cheia de maravilhas da termodinâmica.
Muitos utensílio e aparelhos domésticos comuns foram criados, no seu todo ou em parte, usando os
princípios da termodinâmica.
A rede elétrica ou de gás , os sistemas de aquecimento e condicionamento de ar, o refrigerador, o
umidificador, a panela de pressão, o aquecedor de água. o chuveiro. o ferro de passar roupa, e até
mesmo o computador e a TV. Em uma escala maior. a termodinâmica tem um papel importante no
projeto das usinas nucleares, nos coletores solares e no projeto de veículos desde os automóveis
comuns até os aviões.
ÁREAS DE APLICAÇÃO DA TERMODINÂMICA
SISTEMAS E VOLUME DE CONTROLE
SISTEMA
É definido como uma quantidade de matéria ou região no espaço selecionada para estudo.
VIZINHANÇA
Massa ou região que se localiza fora do sistema.
FRONTEIRA
A superfície real ou imaginária que separa o sistema de sua vizinhança.
A fronteira de um sistema pode ser fixa ou móvel. Observe que ela é a superfície de contato
compartilhada pelo sistema e pela vizinhança. Em termos matemáticos, a fronteira tem
espessura zero e, portanto, não pode conter massa nem ocupar nenhum volume no espaço.
SISTEMAS VIZINHAÇA E FRONTEIRA
Os sistemas podem ser considerados fechados ou abertos, dependendo da seleção de uma massa fixa ou de
um volume fixo para o estudo.
SISTEMA FECHADO
Também conhecido como massa de controle consiste em uma quantidade fixa de massa, e nenhuma massa
pode atravessar sua fronteira. Ou seja, nenhuma massa pode entrar ou sair de um sistema fechado, como
mostra a Figura abaixo. Entretanto, a energia na forma de calor ou trabalho pode cruzar a fronteira; e o
volume de um sistema fechado não precisa ser fixo (fronteira móvel). Se, em um caso especial, nem a energia
atravessa a fronteira, esse sistema é chamado de sistema isolado.
TIPOS DE SISTEMAS
SISTEMA FECHADO / FRONTEIRA MÓVEL
SISTEMA ABERTO
Também conhecido como volume de controle, como é usualmente chamado, é uma região criteriosamente
selecionada no espaço. Em geral, ele inclui um dispositivo que envolve fluxo de massa, como um
compressor, uma turbina ou um bocal.
O escoamento através desses dispositivos pode ser melhor estudado selecionando-se a região dentro do
dispositivo como o volume de controle. Tanto massa quanto energia podem cruzar a fronteira de um volume
de controle.
SISTEMA ABERTO
Um grande número de problemas de engenharia envolve fluxos de gás a para dentro e para fora de um
sistema e, portanto, são modelados como volumes de controle.
Um aquecedor de água, um radiador de automóvel, uma turbina e um compressor apresentam fluxo de
massa e devem ser analisados como volumes de controle (sistemas aberto), em vez de massas de controle
(sistemas fechados).
Em geral, roda região arbitrária no espaço pode ser selecionada como um volume de controle. Não existem
regras concretas para a seleção dos volumes de controle, mas a opção adequada certamente torna a análise
muito mais fácil.
Se tivéssemos que analisar o fluxo de ar através de um bocal, por exemplo, uma boa opção para o volume
de controle seria a região interna do bocal.
As fronteiras de um volume de controle são chamadas de superfície de controle, e podem ser reais ou
imaginária (fig. a). No caso de um bocal, a superfície interna do bocal forma a parte real da fronteira, e as
área de entrada e saída formam a parte imaginária, uma vez que nelas não existem superfícies físicas.
Um volume de controle pode ter tamanho e forma fixos, como no caso de um bocal, ou pode envolver uma
fronteira móvel (fig. b). A maioria dos volumes de controle, porém tem fronteiras fixa e, assim não envolve
nenhuma fronteira móvel.
Em um volume de controle também pode haver interações de calor e trabalho, como em um sistema
fechado, além de interação de massa.