Questionário 1 - Capítulo 1 do livro Termodinâmica

Prévia do material em texto

*Não usar para fins avaliativos com a mesma resposta. 
**Avalie o material na plataforma. 
 
1. O que é a termodinâmica? 
A termodinâmica pode ser definida como a ciência da energia. E a energia por 
sua vez, pode ser entendida como a capacidade de causar alterações. O nome 
termodinâmico vem das palavras gregas thérme (calor) e dynamis (força) que 
descrevem bem os primeiros esforços de converter calor em força. 
Hoje esse nome é amplamente interpretado para incluir todos os aspectos da 
energia e suas transformações, entre eles a geração da energia elétrica, a 
refrigeração e as relações que existem entre as propriedades da matéria. 
 
2. O que fala o princípio de conservação da energia? 
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. 
Uma rocha que cai de um penhasco, por exemplo, adquire velocidade como 
resultado de sua energia potencial ser convertida em energia cinética. 
 
3. O que falam a primeira e segunda lei da termodinâmica? 
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 com 
quantidade, e que os processos reais ocorrem na direção da diminuição da 
qualidade da energia. 
Por exemplo, o café quente em uma xícara deixada sobre uma mesa esfria 
após um certo tempo, mas o café frio em uma xícara deixada na mesma sala 
nunca esquenta por conta própria. A energia d alta temperatura do café é 
degradada (transformada em uma forma menos útil a uma temperatura mais 
baixa) depois de ser transferida para o ar circundante. 
 
4. Qual invento fez surgir a ciência termodinâmica? 
Embora os princípios da termodinâmica existam desde a criação do universo, a 
termodinâmica 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 
 
5. Quais foram os aportes de William Rankine, Rudolph Claussius e Lord 
Kelvin para a ciência termodinâmica? 
Em decorrência dos trabalhos de William Rankine, Rudolph Claussius e Lord 
Kelvin (anteriormente William Thomson). O termo termodinâmico 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 University 
of Glasgow. 
 
6. Qual é a diferença entre termodinâmica clássica e estatística? 
A termodinâmica clássica não exige conhecimento do comportamento das 
partículas individuais, pode ser feita com uma abordagem macroscópica, 
oferecendo um modo direto e fácil para a solução dos problemas de 
engenharia. 
A termodinâmica estatística por sua vez, é feita através de uma abordagem 
mais elaborada, com base no comportamento médio de grandes grupos de 
partículas individuais. Essa abordagem é microscópica e bastante sofisticada. 
 
7. Fale sobre alguns dispositivos da sua casa que funcionam usando 
princípios da termodinâmica. 
A panela de pressão, o ferro de passar roupa, chuveiro, televisão, computador, 
umidificador, refrigerador entre outros. 
 
8. O que é Homogeneidade dimensional? 
Quer dizer que, cada termo de uma equação deve ter a mesma unidade. Se 
em algum estágio da análise, estivermos somando duas quantidades com 
unidades diferentes, é uma indicação clara que há algum erro nos primeiros 
estágios. 
 
9. Defina: sistema, vizinhança e fronteira em termos da ciência 
termodinâmica 
Sistema é definido como uma quantidade de matéria ou região no espaço 
selecionado para estudo. Os sistemas podem ser considerados fechados ou 
abertos, dependendo da seleção de uma massa fixa ou de um volume fixo para 
o estudo. 
Vizinhança: Massa ou região fora do sistema. 
Fronteira: Superfície real ou imaginária que separa o sistema de sua vizinha. 
Em termos matemáticos, a fronteira tem espessura zero e, portanto, não pode 
conter massa nem ocupar nenhum volume no espaço. 
 
10. O que é um sistema fechado e dê algum exemplo de sistema fechado 
encontrado na sua casa. 
Um 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. 
Entretanto, a energia na forma de calor ou trabalho pode cruzar a fronteira e o 
volume de um sistema fechado não precisa ser necessariamente fixo. 
Exemplo: Lata de azeitona em conserva. 
 
11. O que é um sistema isolado? 
Em um sistema isolado não há fluxos de massa, calor ou trabalho através da 
fronteira. 
 
12. O que é um sistema aberto e de um exemplo de sistema aberto que se 
encontra na sua casa. 
Um sistema aberto, ou um volume de controle, como é usualmente chamado, é 
uma região criteriosa selecionada no espaço. Em geral, ele inclui um 
dispositivo que envolve fluxo de massa, como um compressor, uma turbina ou 
um local. 
É uma região fixa do espaço e é aberto o fluxo de massa e energia através da 
fronteira. 
Exemplo: Piscina cheia de água. Nesse caso pode tanto entrar e sair água e 
pode ser aquecida por um sistema de aquecimento e refrigeração por vento. 
 
13. Defina superfície de controle. 
As fronteiras de um volume de controle são chamadas de superfície de 
controle, e podem ser reais ou imaginárias. No caso de um bocal, a superfície 
interna do bocal forma a parte real da fronteira, e as áreas 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 um bocal por 
exemplo, ou pode envolver uma fronteira móvel. 
 
14. Que é uma propriedade? 
Qualquer característica de um sistema é chamado de propriedade. Algumas 
propriedades familiares são a pressão P, a temperatura T, o volume e a massa 
m. A lista pode se estender incluindo propriedades menos conhecidas com a 
viscosidade, a condutividade térmica, o módulo de elasticidade, o coeficiente 
de expansão térmica, a resistividade elétrica e até mesmo a velocidade e 
altura. 
As propriedades podem ser classificadas como intensivas ou extensivas. 
 
15. Qual é a diferença entre propriedade intensiva e extensiva? 
Propriedades intensivas: São independentes da massa de um sistema, como a 
temperatura, pressão e densidade. 
Propriedades extensivas: São valores de que dependem do tamanho – ou 
extensão – do sistema. 
Um modo fácil de determinar se uma propriedade é intensiva ou extensiva é 
dividir o sistema em duas partes iguais com uma partição imaginária. Cada 
parte terá propriedades intensivas com o mesmo valor o sistema original, mas 
metade do valor original no caso das propriedades extensivas. 
 
16. Defina: densidade, densidade relativa e volume específico. 
A densidade é definida como massa por unidade de volume. P=m/V 
A densidade relativa é definida como a razão entre a densidade da substância 
e a densidade de alguma substância padrão, a uma temperatura específica. 
 
DR=p/ph20 
 
O volume específico é o inverso da densidade, definido como volume por 
unidade de massa, ou seja: 
 
V = V/m = 1/p 
 
 
17. Explique o que entendeu da seção 1-6 “ESTADO E EQUILÍBRIO” do 
livro do Çengel 
Um sistema está um momento x em que não está passando por nenhuma 
mudança, nesse momento todas as propriedades podem ser medidas ou 
calculadas em todo o sistema, o que dará um conjunto de propriedades que 
descreverá completamente a condição ou o estado do sistema. Nesse 
momento todas as propriedades terão valores fixos, entretanto se algum valor 
alterá, o estado será diferente. 
Um sistema em equilibro, não haverá potenciais desbalanceados dentro do 
sistema, e não passará por mudanças quando é isolado da sua vizinhança. 
Se um sistema contém duas fases, ele está em equilíbrio de fase, quandoa 
massa de cada fase atinge um nível de equilíbrio e permanece nele. 
Um sistema está em equilíbrio químico se sua composição química não mudar 
com o tempo, ou seja, se não ocorrer nenhuma reação química. Um sistema 
não estará em quilibrio, a menos que todos os critérios relevantes de equilíbrio 
sejam satisfeitos. 
A especificação de um determinado número de propriedades é suficiente para 
fixar um estado. O número de propriedades necessárias para definir o estão 
de um sistema é dado pelo postulado de estado: O estado de um sistema 
compressível simples é completamente especificado por duas propriedades 
intensivas independentes. Duas propriedades são independentes se uma 
propriedade puder ser alterada enquanto a outra é mantida constante. 
 
18. . De que trata o postulado de estado? 
O estado de um sistema compressível simples é completamente especificado 
por duas propriedades intensivas independentes. 
O postulado de estado requer que duas propriedades especificas sejam 
independentes para que o estado seja definido. 
 
19. O que é um processo e dê vários exemplos 
Toda mudança na qual um sistema passa de um estado de equilíbrio para 
outro é chamada de processo. Para descrever um processo completamente, é 
preciso especificar os estados inicial e final do processo, bem como o percurso 
(série de estados pelos quais um sistema passa durante o processo) que ele 
segue, além das interações com a vizinhança. 
Os processos ainda podem ser chamados de processo quase-estático ou 
processo de quase-equilíbrio. 
Processo quase-equilíbrio: pode ser visto como um processo suficientemente 
lento que permite ao sistema ajustar-se internamente para que as propriedades 
de uma parte do sistema não mudem mais rapidamente do que as 
propriedades das outras partes. 
Processo quase-estático: Quando o processo é efetuado muito lentamente, 
desenvolvendo-se em etapas infinitesimais, o sistema tem tempo suficiente 
para atingir um estado de equilíbrio ou num estado muito próximo de de um 
estado de equilíbrio. Pode-se dizer então que um processo quase-estático é 
constituído por uma sucessão de estados de equilíbrio. 
 
20. O que fala a lei Zero da Termodinâmica? 
A lei zero de termodinâmica afirma que, se dois corpos estão em equilíbrio 
térmico com um terceiro corpo, eles também estão em equilíbrio térmico entre 
si. Tal fato não pode ser concluído a partir das outras leis da termodinâmica, e 
serve como base para a validade da medição da temperatura. Ao substituir o 
terceiro corpo por um termômetro, a lei zero pode ser reescrita como dois 
corpos estão em equilíbrio térmico se ambos tiverem a mesma leitura de 
termperatura, mesmo que não estejam em contato. 
 
21. Quais são as escalas de temperatura usadas na termodinâmica e qual a 
relação entre elas? 
Escala Celsius: Ponto de fusão da água 0ºC e ponto de ebulição em 100ºC. 
Escala Fahrenheit: Ponto de fusão da água em 32ºF e ponto de ebulição em 
212ºF. 
Escala Kelvin: Ponto de fusão da água em 273K e ponto de ebulição em 373K. 
 
22. Qual é a diferença entre pressão absoluta, pressão manométrica e 
pressão de vácuo? 
A pressão real em determinada posição é chamada de pressão absoluta, e é 
medida com relação ao vácuo absoluto (ou seja, a pressão absoluta zero). A 
maioria dos dispositivos de medição de pressão, porém é calibrada para ler a 
zero na atmosfera e assim, indicam a diferença entre a pressão absoluta e a 
pressão atmosférica local. Essa diferença é chamada de pressão manométrica. 
As pressões abaixo da pressão atmosférica são chamadas de pressões de 
vácuo e são medidas pelos medidores a vácuo, que indicam a diferença entre 
a pressão atmosférica e a pressão absoluta.