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TERMODINÂMICA
AULA1 – CONCEITOS GERAIS
PROFESSOR THIAGO OLIVEIRA
ENGENHEIRO MECÂNICO
Termodinâmica é a ciência que trata
 do calor e do trabalho
 das características dos sistemas e
 das propriedades dos fluidos termodinâmicos
Sadi Carnot
1796 - 1832
James Joule
1818 - 1889
Rudolf Clausius
1822 - 1888
Wiliam Thomson
Lord Kelvin
1824 - 1907
Emile Claupeyron
1799 - 1864
Alguns ilustres pesquisadores 
que construiram a termodinâmica
Nasceu em 
Salford - Inglaterra
James P. Joule
(1818-1889)
Contribuição de James Joule.
1839
Experimentos:
trabalho mecânico, eletricidade e calor.
1840
Efeito Joule : Pot = RI2
1843
Equivalente mecânico do calor ( 1 cal = 4,18 J)
1852
Efeito Joule-Thomson :decrescimo da temperatura de um gás em função da expansão sem realização de trabalho externo.
As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina: 
a Termodinâmica
Lei da Conservação de 
Energia
1a Lei
 da Termodinâmica
APLICAÇÕES INDUSTRIAIS:
 Processos de separação: Destilação, extração, absorção, adsorção etc.;
 Ciclos Térmicos;
 Ciclos de refrigeração;
 Turbinas, Bombas, compressores, válvulas, Motores de combustão e trocadores de calor;
 Efeitos térmicos em reações industriais.
SISTEMA TERMODINÂMICO: É definido como uma quantidade de matéria de massa e identidade fixas, sobre a qual nossa atenção é dirigida ao estudo. Tudo o mais externo ao sistema é chamado vizinhança, e o sistema separa-se da vizinhança por meio das fronteiras do sistema. O sistema isolado é aquele que não é influenciado pelo meio externo.
Sistema Termodinâmico Fechado
Volume de Controle
Sistema Fechado - É o sistema termodinâmico no qual não há fluxo de massa através das fronteiras que definem o sistema.
Volume de Controle - Ao contrário do sistema fechado, é o sistema termodinâmico no qual ocorre fluxo de massa através da superfície de controle que define o sistema.
Certa massa delimitada por uma fronteira. 
Vizinhança do sistema.
O que fica fora da fronteira
Sistema fechado
Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança.
Sistema Aberto
Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira.
Sistema Termodinâmico
Exemplo: Gás contido num cilindro 
com uma parede móvel
Parede móvel (êmbolo)
Superfície lateral do 
cilindro
Base do cilindro
+
+
Fronteira: paredes do
recipiente
Sistema: gás num 
recipiente de parede 
móvel
Vizinhança: ar exterior 
ao recipiente
Sistema
isolado
Não troca energia nem matéria
com a sua vizinhança.
Sistema
fechado
Não troca matéria com a sua
vizinhança (pode trocar energia).
Sistema
aberto
Troca matéria com a sua 
vizinhança.
Paredes móveis
(contrário: fixas)
Permitem transferência de 
energia na forma de trabalho
mecânico.
Paredes diatérmicas
(contrário: adiabáticas)
Permitem transferência de 
energia na forma de calor.
Paredes permeáveis
(contrário: impermeáveis)
Permitem transferência de 
matéria.
	Os sistemas possuem dois tipos de energia:
	Energia Interna...
	Potencial – é a composição química
 Cinética – é o conteúdo de calor 
	Os sistemas possuem dois tipos de energia:
	Energia Externa...
	Potencial – é dependente da altura do sistema no Campo G.
 Cinética – é dependente da velocidade de deslocamento do sistema no espaço. 
	 
Ep + Ec
 INT
Ec EXT
Distância
Altura
Ep EXT
Ec EXT
Exemplo: líquido num recipiente
Energia potencial gravítica,
mgh
Energia cinética de rotação
das pás
Energia interna das
moléculas de água
ESTADO DE UMA SUBSTÂNCIA: Se considerarmos uma massa de água, reconhecemos que ela pode existir sob várias formas. Se é inicialmente líquida pode-se tornar vapor após aquecida ou sólida quando resfriada. Assim nos referimos às diferentes fases de uma substância. Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas ou, usando a terminologia da termodinâmica, em vários estados.
PROPRIEDADE DE UMA SUBSTÂNCIA: Uma propriedade pode ser definida como uma quantidade que depende do estado do sistema e é independente do caminho (isto é, da história) pelo qual o sistema chegou ao estado considerado. Cada uma das propriedades de uma substância num dado estado tem somente um valor definido e essa propriedade tem sempre o mesmo valor para um dado estado
Equilíbrio Térmico
PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS: As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em duas classes gerais, as intensivas e as extensivas.
Propriedade Extensiva - Chamamos de propriedade extensiva àquela que depende do tamanho (extensão) do sistema ou volume de controle. Varia com a massa. Ex: Volume, Massa, etc.
Propriedade Intensiva - Ao contrário da propriedade extensiva, a propriedade intensiva, independe do tamanho do sistema (não varia com a massa). Exemplo: Temperatura, Pressão etc.
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. Ex: Volume específico, Energia interna específica, etc.
Transformação
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Estado 1
Estado 2
Transformação
Variáveis de estado
Variáveis de estado
“Caminho” descrito pelo sistema na transformação .
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Processos
Durante a transformação
Isotérmico
temperatura constante
Isobárico
Pressão constante
Isovolumétrico
volume constante
Adiabático
É nula a troca de calor com a vizinhança.
MUDANÇA DE ESTADO: Quando o valor de pelo menos uma propriedade do sistema é alterado, dizemos que ocorreu uma mudança de estado. O caminho definido pela sucessão de estados que o sistema percorre é chamado de processo.
Equação de estado
Equação que relaciona as diferentes 
variáveis termodinâmicas de um sistema 
em estados de equilíbrio. 
Em geral, são precisas unicamente 2 variáveis de estado 
para caracterizar um sistema fechado e de uma 
componente (Exs: (P,V), (T,L),...)
R  const. molar dos gases ideais
Gases reais:
Gás ideal (ou gás perfeito):
Eq. de estado 
do gás perfeito
→ volume molar
Exemplo: Equação de estado do gás ideal
Diagrama PV ou de Clapeyron
Estado 1
Estado 2
Estados intermédios de equilíbrio
P1
V1
V2
P2
Processo 
termodinâmico
Transformação de um estado de equilíbrio 
do sistema noutro estado de equilíbrio, 
por variação das propriedades termodinâmi-
cas do sistema.
Exemplo: Expansão/compressão 
de um gás ideal
CICLO TERMODINÂMICO: Quando um sistema, num dado estado inicial, passa por certo número de mudançs de estado, e finalmente retorna ao estado inicial, dizemos que o sistema executa um ciclo. Dessa forma, ao final de um ciclo, todas as propriedades apresentam o mesmo valor inicial.
12: compressão adiabática em um compressor 
23: processo de rejeição de calor a pressão constante 
34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 
41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador 
Ciclo Refrigerador
OUTROS CICLOS IMPORTANTES:
 OTTO
 DIESEL
 RANKINE
 BRAYTON
 CARNOT
Calor sendo transferido para água
	A temperatura do líquido e do vapor aumentará, e ao final do processo, todo o líquido será transformado em vapor. Macroscopicamente, estamos preocupados somente com a quantidade de calor transferida e com a mudança das propriedades. 
Interpretação microscópica  medida da energia cinética média dos átomos ou moléculas que constituem o sistema.
(gases: energia cinética de translação; sólidos: energia cinética de vibração)
Temperatura
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 equilibrio
térmico entre si ".
SISTEMA C
SISTEMA
 A
SISTEMA
 B
SISTEMA C
SISTEMA
 A
SISTEMA
 B
A temperatura é a propriedade que é comum a sistemas que 
se encontram em equilíbrio térmico (mesma classe de equivalência).
PRESSÃO: uma propriedade termodinâmica definida como sendo a relação entre uma força e a área normal onde está sendo aplicada a força. Falamos de pressão quando lidamos com líquidos e gases e falamos de tensão quando trabalhamos com sólidos.
Unidades de Pressão SI: Pa(Pascal) = N/m2
Outras unidades: 
As pressões abaixo da pressão atmosférica e ligeiramente acima e as diferenças de pressão são obtidas frequentemente com um manômetro em U que contém como fluido manométrico: água, mercúrio, Álcool, etc.
	Em uma análise para se obter o balanço térmico de um motor diesel é necessário medir-se a vazão de ar admitido pelo motor. Um orifício calibrado é montado em uma caixa de entrada junto com um manômetro em U na admissão do motor, como mostrado, esquematicamente na figura. A vazão mássica do fluido escoando, m, em kg/m3 está relacionada, em um orifício calibrado, pela seguinte expressão:
onde ∆P é a diferença de pressão no manômetro em U , em Pascal, A é a área do orifício calibrado, em metros quadrados, CD é o coeficiente de descarga do orifício, cujo valor particular, para este caso é 0,59, r é a densidade do fluido em escoamento. Determinar a vazão de ar para os dados mostrados na figura. (Considere a aceleração gravitacional local igual a 9,81 m/s2 , a densidade do ar como sendo, r = 1,2 kg/m3 e a densidade da água do manômetro igual a 1000 kg/m3)