Termodinâmica ALUNOS - Seção 1 - Generalidades - Conceitos Definicoes e Principios Basicos - versãoALUNOS 12FEV2020

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Termodinamica - Matutino 11/03/2020
Prof. Paulo Lindgren - 2020 S1 1
Prof. Paulo Lindgren
Engenharias
2020 – S1
Termodinâmica
Seção 1 – Conceitos, Definições e 
Princípios Básicos
Objetivos:
O aluno deverá reconhecer os conceitos, 
definições e princípios básicos necessários 
para o entendimento das leis da 
termodinâmica, bem como, o funcionamento 
dos sistemas térmicos.
Mas... Termodinâmica é 
mesmo tão importante assim?
O piloto de dragster Ron Capps “detonou” o motor do seu Dodge NAPA AUTO 
PARTS Dodge durante a segunda largada da competição NHRA na cidade de 
Pomona. Capps não se feriu com a explosão!
Ementa
1. Alguns conceitos e definições - Introdução
2. Sistema termodinâmico e volume de controle
3. Propriedades de uma substância pura
4. Processos e ciclos
5. Equação de estado para gás ideal
6. Tabelas de propriedades termodinâmicas
7. Título.
8. Trabalho devido ao movimento de fronteira
9. Processos termodinâmicos quase-estáticos
10. Trabalho e Calor
Cont. Ementa
11. Primeira lei da termodinâmica para um sistema 
percorrendo um ciclo.
12. Primeira lei da termodinâmica para mudança de estado de 
um sistema.
13. Energia interna e entalpia
14. Calor Específico
15. Primeira lei da termodinâmica para volume de controle
16. Segunda lei da termodinâmica
17. Entropia
18. Segunda lei da termodinâmica aplicada a volumes de 
controle
19. O ciclo de Carnot
20. Processos reversíveis.
Definições
� Sistema é tudo aquilo que 
desejamos estudar. Pode ser 
simples como um corpo livre 
ou complexo como uma 
refinaria química inteira.
� A composição da matéria 
dentro de um sistema pode 
ser fixa ou variar em função 
das reações químicas ou 
nucleares.
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Definições (continuação)
� Tudo que é externo ao 
sistema é considerado parte 
da vizinhança do sistema
� O sistema é separado de sua 
vizinhança pela fronteira, que 
pode ser fixa ou móvel.
� Os sistemas podem ser 
fechados ou abertos. 
Sistemas Fechados
� Um sistema fechado é 
definido quando uma 
determinada quantidade fixa 
de matéria encontra-se em 
estudo.
� Um sistema fechado sempre 
contém a mesma quantidade 
de matéria. Com isso nunca 
pode haver fluxo de massa 
pela fronteira.
� Um sistema fechado que não 
interage de modo algum com 
sua vizinhança é 
denominado sistema isolado.
� A figura mostra um gás 
contido em um cilindro-
pistão. Quando as válvulas 
estão fechadas, pode-se 
considerar o gás como um 
sistema fechado.
Sistemas Fechados (continuação)
� A fronteira encontra-se no 
interior das paredes do 
cilindro e na superfície do 
pistão, conforme é 
representado pelas linhas 
tracejadas na figura.
� Como a fronteira entre o gás e 
o pistão se move com o 
pistão, o volume do sistema 
varia.
Sistemas Fechados (continuação)
� Nenhuma massa atravessa 
essa fronteira ou qualquer 
outra parte do contorno.
� Se a combustão ocorrer, a 
composição da massa do 
sistema muda com relação a 
mistura inicial de ar-
combustível, pois se 
transforma nos produtos da 
combustão.
Sistemas Fechados (continuação)
� Quando o objeto em estudo permite o fluxo de 
massa através da fronteira, trata-se de um sistema 
aberto denominado também de volume de controle.
� Para diferenciar do sistema fechado, a fronteira que 
separa o sistema aberto da vizinhança é 
denominada de superfície de controle, representada 
pelas linhas tracejadas (figura).
Sistemas Abertos ou 
Volumes de Controle
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Sistemas Abertos ou 
Volumes de Controle (continuação)
� Pode-se observar que ar, combustível e gases de 
exaustão atravessam a superfície de controle.
Fonte Editora LTC
Volume de controle em Biologia
Volumes de Controle
Fonte Editora LTC
Volumes de Controle
(continuação)
Compressor de ar com armazenamento
Fonte Editora LTC
Volume de controle em 
botânica
Volumes de Controle
(continuação)
Fonte Editora LTC
Radiação 
solar
Água, minerais
Fronteira 
(superfície de 
controle)
Fotossíntese 
(folha)
Macroscópico/Microscópico
� Termodinâmica clássica: 
Realiza uma abordagem macroscópica, 
preocupando-se com o comportamento geral ou 
global das propriedades envolvidas nos sistemas 
estudados;
� Termodinâmica estatística:
Realiza uma abordagem microscópica, 
preocupando-se diretamente com a estrutura da 
matéria que compõe os sistemas estudados. 
Utiliza a estatística como ferramenta para prever o 
comportamento médio das partículas do sistema.
Propriedade Termodinâmica
Propriedade – É uma característica macroscópica 
de um sistema, tal como, massa, volume, energia, 
pressão e temperatura, para as quais um valor 
numérico pode ser atribuído em um dado tempo sem 
o conhecimento do comportamento prévio (caminho) 
do sistema.
“Uma grandeza é uma propriedade se, e somente se, 
sua mudança de valor entre dois estados é 
independente do processo.”
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Propriedade
Extensiva Quando o valor para o sistema é a 
soma de seus valores para as 
partes nas quais o sistema é 
dividido.
Ex: massa, volume e energia.
Intensiva Seus valores são independentes do 
tamanho ou da extensão do 
sistema e podem variar no espaço 
dentro do sistema. Ex: pressão e 
temperatura.
Propriedade Termodinâmica
(continuação)
Para ilustrar a diferença entre propriedades intensivas 
e extensivas, considere uma porção de matéria com 
temperatura uniforme e imagine que ela é composta 
de várias partes.
A figura abaixo mostra que a massa do conjunto é a 
soma das massas das partes, e o volume total é a 
soma dos volumes das partes. No entanto, a 
temperatura do todo não é a soma das temperaturas 
das partes; é a mesma para cada parte.
A massa e o volume são propriedades extensivas, 
mas a temperatura é uma propriedade intensiva.
Fonte Editora LTC
Viu-se que as propriedades extensivas são 
proporcionais a massa, porém, se esta propriedade 
for dividida pela massa o resultado torna-se uma 
propriedade intensiva. 
Exemplo:
Volume (V) Propriedade extensiva
Volume Específico (v) 
Propriedade 
intensiva
Massa específica (ρ)
Assim sendo, propriedades extensivas como Massa 
e Energia tornam-se propriedades intensivas quando 
divididas pela massa. Como exemplo pode-se citar 
massa específica (ρ) e energia específica (e). 
Estado e Processo 
Termodinâmico
Estado – Condição de um sistema descrito pelo conjunto de 
suas propriedades. Poucas propriedades definem todas as 
outras que compõem o estado termodinâmico do sistema.
Estado de Equilíbrio – Ocorre quando o sistema encontra-se 
em equilíbrio mecânico, térmico, de fases e químico.
Processo – É o caminho percorrido por um sistema entre dois 
estados de equilíbrio devido a variação de pelo menos uma de 
suas propriedades.
Regime Permanente – É quando um sistema não apresenta 
variação de suas propriedades no tempo. As propriedades 
podem variar no espaço, mas não no tempo.
Unidade de Massa, Comprimento, Tempo e Força
Grandeza
Sistema Internacional 
(SI)
Sistema Inglês
Unidade Símbolo Unidade Símbolo
Massa Quilograma kg Libra-massa lb
Comprimento metro m Pé ft
Tempo segundo s Segundo s
Força Newton
= 1 kg. m/s2 N
Libra-força lbf
32,1740 
lb.ft/s2
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Conversão de unidades
1 ft 0,3048 m
12 in 1 ft
1 lb 0,45359237 kg
1 lbf = (1 lb)(32,1740 
ft/s2)
32,1740 lb.ft/s2
Prefixo das Unidades SI
Fator Prefixo Símbolo
1012 tera T
109 giga G
106 mega M
103 quilo k
102 hecto h
10-2 centi c
10-3 mili m
10-6 micro μ
10-9 nano n
10-12 pico p
Pressão
Por definição, pressão é a razão da força pela área:
LPressão no interior de um fluido:
Barômetro: aparelho utilizado para medir 
pressão atmosférica
ρ- massa específica do fluido;
g- aceleração da gravidade;
L-distância do ponto até a superfície livre do líquido.
Manômetro: Aparelho utilizado para medir pressão
efetiva ou manométrica.
Unidades de Pressão:Pascal = N/m2
1 bar = 105 N/m2
1 atm = 1,01325 x 105 N/m2
Pressão (continuação)
Fonte Editora LTC
Manômetro 
líquido
Gás na 
pressão
Pressão (continuação)
Fonte Editora LTC
ATÉ AQUI EM 12 FEV 
2020
O conceito de temperatura se origina das nossas 
percepções sensoriais.
Usamos nosso sentido do tato para distinguir 
corpos quentes de frios e organizar os corpos em 
uma escala em função da ordem em que ele é 
“mais quente”, decidindo que 1 é mais quente que 
2, que 2 é mais quente do que 3, e assim por 
diante.
Temperatura
photoxpress.com
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No entanto, por mais sensível que seja o tato 
humano, somos incapazes de avaliar essa 
quantidade de modo preciso.
É difícil estabelecer uma definição de temperatura, 
porém a igualdade de temperatura é de mais fácil 
entendimento
Temperatura (continuação)
Considere dois blocos de cobre e suponha que 
nosso sentido nos diga que um está mais quente do 
que o outro.
Se os blocos forem colocados 
em contato e isolados de suas 
vizinhanças, haverá entre eles a 
iteração térmica, ou seja, o 
corpo mais quente cederá calor 
ao corpo menos quente, até 
que o equilíbrio térmico seja 
atingido.
t = 0 
T1 T2
Temperatura (continuação)
Pode-se concluir que os blocos 
possuem uma propriedade 
física que determina se eles 
estão em equilíbrio térmico. 
Essa propriedade é chamada 
temperatura.
t = 0 
T1 T2
t = 200 s
T3 T3
Temperatura (continuação) Lei Zero da Termodinâmica
“Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico 
com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico 
entre si.”
Se desejarmos saber se dois corpos 
apresentam a mesma temperatura, 
pode-se verificar se eles encontram-
se individualmente em equilíbrio 
térmico com um terceiro.
Este terceiro corpo pode ser um termômetro.
Fonte Editora LTC
Termômetros
Para construção de termômetro 
necessita-se de dois 
referenciais de temperaturas 
fixas. Geralmente estes 
referenciais são o ponto de 
fusão e vaporização da água, 
pois geralmente as mudanças 
de fase ocorrem 
isotermicamente.
Conversões de Escalas de Temperaturas.
Fonte Editora LTC
1. Um objeto cuja massa é 2 kg é submetido a uma força 
que o impulsiona para cima. A única outra força agindo 
sobre o objeto é a força da gravidade. A aceleração 
líquida do objeto é para cima com uma magnitude de 
5m/s2. A aceleração da gravidade é de 9,81 m/s2 . 
Determine a magnitude da força que impulsiona o corpo 
para cima.
F
P
a
Exercícios (continuação)
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2. O barômetro apresentado na Figura abaixo contém 
mercúrio (ρ=13,59 g/cm3). Se a pressão atmosférica 
local é de 100 kPa e g = 9,81 m/s2 , determine a altura 
da coluna de mercúrio L, em mmHg.
Exercícios (continuação)
F
Fonte Editora LTC
3. A figura a seguir mostra um tanque no interior de um outro,
cada um contendo ar. A pressão absoluta no tanque A é de
267,7 kPa. O manômetro A está instalado no interior do
tanque B e registra 140 kPa. O manômetro de tubo em “U”
conectado ao tanque B contém mercúrio. Usando os dados
do diagrama, determine a pressão absoluta no interior do
tanque B, em kPa. A pressão atmosférica nas vizinhanças
do tanque B é de 101 kPa. A aceleração da gravidade é g =
9,81 m/s2.
Exercícios (continuação)
Exercícios (continuação)
Fonte Editora LTC
Resumo
1. Sistemas Fechados;
2. Sistemas Abertos ou Volumes de Controle;
3. Análises Macroscópica e Microscópica;
4. Propriedades Termodinâmicas;
5. Estado Termodinâmico;
6. Processo Termodinâmico;
7. Sistemas de Unidades;
8. Pressões;
9. Temperatura.