Questionário REO 3 TERMODINAMICA

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Lista Reo 3 – Termodinâmica aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nome: Willian Patrick da Silva Rodriguees 
Matrícula: 201910539 
Turma: 32 A 
 
 
 
 
1) Quais são as formas nas quais a energia pode cruzar a fronteira de um sistema 
fechado? 
R: A energia pode cruzar a fronteira de um sistema fechado em duas formas 
diferentes: calor e trabalho. 
 
2) O que é calor? Nos nosso vocabulário de uso corrente o termo “calor” é usado 
adequadamente ou não? Cite exemplos. 
R: Calor é definido como a forma de energia transferida entre dois sistemas (ou entre 
um sistema e sua vizinhança) em virtude da diferença de temperaturas entre eles. Ou 
seja, só é calor se ocorrer devido a uma diferença de temperatura, caso os dois 
sistemas estejam a mesma temperatura não há transferência de calor. Em nosso 
vocabulário o uso corrente do termo “calor” é usado inadequadamente, por exemplo: 
adição de calor, ganho de calor, liberação de calor, calor específico, calor sensível, 
calor latente, calor do processo, calor do corpo, dentre outros. 
 
3) Quais são as duas formas nas quais um processo pode ser considerado 
adiabático? 
R: Um processo pode ser considerado adiabático de duas formas: quando o sistema 
está bem isolado, de modo que apenas uma quantidade desprezível de calor passe 
através da fronteira, ou quando o sistema e a vizinhança estejam a mesma 
temperatura, e portanto não haja força motriz (diferença de temperatura). 
 
4) Quais são os três mecanismos de transferência de calor? 
R: Calor é transferido por meio de três mecanismos: condução, convecção e radiação. 
 
5) O que é trabalho e o que é potência? 
R: O trabalho é a transferência de energia associada a uma força que age ao longo 
de uma distância, por exemplo, um pistão em ascensão, um eixo em rotação e um fio 
elétrico que atravessa as fronteiras do sistema estão associadas a interações de 
trabalho. Já a potência é o trabalho realizado por unidade de tempo. 
 
6) O que fala a convenção formal de sinais para o calor e o trabalho? 
R: A convenção formal de sinais, geralmente aceita para as interações entre calor e 
trabalho, são as seguintes: transferência de calor para um sistema e trabalho realizado 
por um sistema são positivos; transferência de calor de um sistema e trabalho 
realizado sobre um sistema são negativos. 
 
7) Quais são as semelhanças entre calor e trabalho? 
R: Ambos são reconhecidos nas fronteiras de um sistema à medida que cruzam suas 
fronteiras, ou seja, tanto calor quanto trabalho são fenômenos de fronteira. Além disso, 
sistemas possuem energia, mas não calor ou trabalho e ambos estão associados a 
um processo, mas não a um estado. Ao contrário das propriedades, calor ou trabalho 
não tem significado em um estado. Ademais, ambos são funções da trajetória (ou seja, 
suas magnitudes dependem da trajetória percorrida durante um processo, bem como 
dos estados inicial e final). 
 
8) Analise os exemplos 2-3 a 2-6, o que você aprendeu destes exemplos? 
R: Em análise aos exemplos 2-3 a 2-6, pude aprender que ao definirmos um sistema, 
de modo a ser isolado, não haverá transferência de calor do lado de fora (outro 
sistema) para o sistema em análise, além disso, percebe-se que não há variação da 
energia interna do sistema, evidenciando o princípio de conservação de energia. Além 
disso, ao definirmos um sistema no qual há transferência de energia devido a uma 
diferença de temperatura, essa energia será devido a uma transferência de calor. 
Ademais, percebi que em um sistema que há transferência de energia, ela pode se 
suceder de duas formas, por uma diferença de temperatura (transferência de calor) ou 
por uma interação de trabalho, dependendo de como o observador definir sua 
fronteira, no entanto em ambos os casos a transferência de energia é a mesma. 
 
9) Quais são a formas de trabalho mais comuns? 
R: As formas de trabalho mais comuns são o trabalho elétrico, trabalho mecânico 
(trabalho de eixo, trabalho contra uma mola, trabalho realizado sobre barras sólidas 
elásticas, trabalho associado ao alongamento de um filme líquido, trabalho realizado 
para elevar ou acelerar um corpo), trabalho magnético e também trabalho de 
polarização elétrica. 
 
10) Analise os exemplos 2-7 a 2-9, o que de interessante você encontrou nestes 
exemplos? 
R: Em análise aos exemplos 2-7 a 2-9, pude perceber que o trabalho do eixo é 
proporcional ao torque aplicado e ao número de rotações do eixo, além disso, para 
uma automóvel vencer subir um morro, é necessário fornecer mais potência, já que 
haverá uma variação de energia potencial em detrimento da diferença de altura, e que 
a energia necessária para transferir ao automóvel é igual a essa variação de energia 
potencial. Por fim, para acelerarmos um carro também necessitamos de fornecer 
energia adicional, que no caso será transformada em energia cinética. 
 
11) O que é balanço de energia e porque você acha que é importante aprender a 
fazer? 
R: Balanço de energia é a relação em que a variação líquida (aumento ou diminuição) 
da energia total do sistema durante um processo é igual a diferença entre a energia 
total que entra e a energia total que sai do sistema durante o processo. Sua 
importância é vigente uma vez que pode ser utilizado em diversos problemas de 
engenharia, além disso por essa vemos que a energia apenas se transforma de uma 
forma para outra, assim podemos por exemplo, calcular quanto de energia entra no 
sistema e quanto é perdido por efeito joule, ademais podemos utilizarmos o balanço 
de energia para analisarmos a eficiência combinada ou global. 
 
12) Explique a Equação (2-32), o que significa essa equação? 
R: A variação de energia de um sistema será igual a energia no estado final do sistema 
menos sua energia no estado inicial, sendo que a variação de energia é a composição 
das variações das energias interna, cinética e potencial. Com isso vemos que energia 
é uma propriedade, uma vez que não depende da trajetória percorrida. 
 
13) Explique os mecanismos de transferência de energia. 
R: A energia pode ser transferida para ou de um sistema sob três formas: calor, 
trabalho e fluxo de massa. Sendo que a transferência de calor para um sistema (ganho 
de calor) aumenta a energia das moléculas e, consequentemente, a energia interna 
do sistema, e a transferência de calor de um sistema (perda de calor) a diminui, pois 
a energia transferida para fora sob a forma de calor vem da energia das moléculas do 
sistema. Já uma interação de energia que não é causada por uma diferença de 
temperatura entre um sistema e sua vizinhança é trabalho, a realização de trabalho 
sobre um sistema aumenta a energia do sistema, e a realização de trabalho por um 
sistema diminui a energia do sistema, uma vez que a energia transferida para fora sob 
a forma de trabalho vem da energia contida no sistema. Por fim, o fluxo de massa para 
dentro e para fora do sistema se constitui em um mecanismo adicional de transferência 
de energia, a energia do sistema aumenta quando há entrada de massa, porque 
massa carrega energia (na verdade, massa é energia [mc²=E]). Da mesma forma, 
quando alguma massa sai do sistema, a energia nele contida diminui, porque a massa 
que sai leva com ela alguma energia. 
 
14) Analise os exemplos 2-10 a 2-14, o que podemos concluir desses exemplos? 
R: Em análise aos exemplos 2-10 a 2-14, pude perceber que o balanço de energia é 
algo útil e de vasta aplicação, além disso a conservação de energia sempre é 
respeitada, uma vez que não pode-se criar nem destruir energia, sempre havendo 
apenas transformações dela. Ademais, em um mecanismo elétrico, toda energia 
elétrica consumida pelo mesmo é convertida em energia termina do ar, como por 
exemplo o ventilador e as lâmpadas, assim, ao utilizarmos ferramenta mais eficientes 
poderemos economizar a médio e longo prazo. 
 
15) O que é eficiência de conversão de energia, poderia daralguns exemplos? 
R: Eficiência indica o grau de sucesso com o qual um processo de transferência ou 
conversão de energia é realizado, sendo que é a divisão entre o resultado desejado e 
o fornecimento necessário para tal. Por exemplo a eficiência de um aquecedor de 
água, eficiência de combustão, eficiência da utilização anual de combustível, eficiência 
do gerador, eficiência global, entre outras. 
 
16) Explique o que é trabalho de fronteira? 
R: Uma forma de trabalho mecânico frequentemente encontrada em situações 
práticas está associada a expansão ou compressão de um gás em um arranjo pistão-
cilindro, durante esse processo, parte da fronteira se move para cima ou para baixo, 
assim, o trabalho de expansão e compressão é denominado de trabalho de fronteira 
móvel. 
 
17) Para um processo num diagrama P-V (pressão-volume) o que representa a 
área sob a curva? 
R: Para um diagrama P-V a área sobre a curva é igual, em magnitude ao trabalho 
realizado durante um processo de compressão ou expansão em quase equilíbrio de 
um sistema fechado, assim representado o trabalho de fronteira realizado por unidade 
de massa. 
 
18) Por que podemos falar que o trabalho é uma função de trajetória e quais são 
as consequências disto? 
R: O trabalho é uma função da trajetória uma vez que cada trajetória diferente possui 
determinada área diferente abaixo dela, e como a área representa a magnitude do 
trabalho, o trabalho realizado será diferente para cada processo, ou seja, o trabalho 
depende do percurso seguido no processo. Se o trabalho não fosse uma função de 
trajetória (ou de linha), nenhum dispositivo cíclico (motores de automóveis, usinas de 
potência) poderia funcionar como dispositivos produtores de trabalho, pois o trabalho 
produzido por esses dispositivos durante uma parte do ciclo teria de ser consumido 
durante outra parte e assim não haveria nenhuma produção líquida de trabalho. 
 
 
19) Analise os exemplos 4-1 a 4-3, o que você pode concluir destes exemplos? 
R: Ao analisar os exemplos 4-1 ao 4-3 foi possível perceber que em processos 
envolvendo tanques rígidos, cujo volume é constante, o trabalho de fronteira será zero. 
Além disso, quando obtemos um valor positivo para o trabalho vemos que esse será 
de expansão, entretanto, quando o sinal for negativo teremos um trabalho de 
compressão. Ademais, a magnitude do trabalho também pode ser obtida pelo cálculo 
da área abaixo da curva do processo no diagrama P-V. 
 
20) O que é um processo politrópico? 
R: Processo politrópico são processos reais de expansão e compressão de gases, em 
que a pressão e o volume são frequentemente relacionados por 𝑃𝑉𝑛 = 𝐶. Onde o 
expoente n é tido como índice politrópico e pode assumir qualquer valor de 0 a ∞, 
dependendo do processo. 
 
21) Como é feito o balaço de energia em sistemas fechados? Explique o 
procedimento. Quais são as considerações que podem ser feitas. Use como 
guia os exemplos 4-5 e 4-6. 
R: Em um sistema fechado executando um ciclo, os estados inicial e final são idênticos 
e, portanto, ∆E = 𝐸2 - 𝐸1 e portanto 𝐸2 = 𝐸1 ou a energia que entra é a mesma da que 
sai. Observando que em um sistema fechado não existe fluxo de massa através das 
fronteiras, temos que o balanço de energia em um ciclo fechado pode ser tido como 
𝑊𝑙𝑖𝑞,𝑠𝑎𝑖 = 𝑄𝑙𝑖𝑞,𝑒𝑛𝑡 ou vice-versa. Assim, a equação do balanço da energia em caso de 
sistema fechado torna-se 𝑊𝑙𝑖𝑞,𝑠𝑎𝑖 − 𝑄𝑙𝑖𝑞,𝑒𝑛𝑡 = ∆E ou Q – W = ∆E (supõe-se que o calor 
é transferido para o sistema e o trabalho é realizado pelo sistema). Ao analisar os 
exemplos 4-5 e 4-6 é notório que o uso da equação Q−𝑊𝑜𝑢𝑡𝑟𝑜 = 𝐻2 − 𝐻1 é bastante 
conveniente para a análise de sistemas fechados que passam por um processo de 
quase-equilíbrio a P constante e que em um processo em que o volume é constante, 
o trabalho de fronteira é zero. 
 
22) O que são calor específico, calor específico a volume constante e calor 
específico a pressão constante e quais propriedades termodinâmicas estão 
relacionadas com os calores específicos a volume e pressão constante? 
R: O calor específico é definido como a energia necessária para elevar em um grau a 
temperatura de uma unidade de massa de uma substância. O calor específico a 
volume constante (𝑐𝑣) pode ser visto como a energia necessária para elevar em um 
grau a temperatura de uma unidade de massa de uma substancia enquanto o volume 
permanece constante, já o calor específico a pressão constante (𝑐𝑝) é a energia 
necessária para fazer o mesmo enquanto a pressão permanece constante. Ademais, 
(𝑐𝑣) e (𝑐𝑝) estão relacionados respectivamente a variação da energia interna com a 
temperatura a volume constante e variação da entalpia do sistema com a temperatura 
a pressão constante. 
 
23) Faz uma leitura da seção 4-4: “Energia interna, entalpia e calores específicos 
dos gases ideais” do livro do Çengel. Quais são os principais aspectos que você 
poderia destacar desta seção? 
R: É possível destacar que a energia interna é uma função apenas da temperatura, e 
não da pressão ou do volume específico, sendo assim, como h= u+ RT e R é uma 
constante, percebemos que a entalpia de um gás ideal também é um função apenas 
da temperatura e por conseguinte (𝑐𝑣) e (𝑐𝑝) também dependem apenas de T. Além 
disso, a baixas pressões, todos os gases reais aproximam-se do comportamento do 
gás ideal e, portanto, seus calores específicos dependem somente da temperatura, 
esses são os denominados calores específicos a pressão zero. Outrossim, calores 
específicos de gás ideal para gases monoatômicos permanecem constantes em todo 
o intervalo de temperatura. Ademais apresenta-se outra propriedade do gás ideal 
nessa seção, a chamada razão dos calores específicos (k) que é a razão de (𝑐𝑝) por 
(𝑐𝑣). 
 
24) O que você poderia falar das relações entre calores específicos dos gases 
ideais? 
R: Uma relação especial entre (𝑐𝑝) e (𝑐𝑣) para os gases ideais pode ser obtida pela 
relação 
(𝑐𝑝) = (𝑐𝑣) + R , sendo R uma constante do gás, quando esses calores específicos são 
dados na base molar R é substituído por (𝑅𝑢). 
 
25) Analisar os exemplos 4-7 a 4-10. O que você poderia destacar destes 
exemplos? 
R: Vemos que para variações de apenas algumas centenas de graus a hipótese 
de que (𝑐𝑣) varia linearmente com a temperatura possui ótima precisão, não havendo 
a necessidade de utilizarmos polinômios complexos para o cálculo do mesmo. Além 
disso, os calores específicos dos gases monoatômicos são constantes. Em seguida 
foi observado que ao expandirmos um sistema há trabalho de fronteira e assim 
podemos fazer o balanço de energia relacionando as energias de entrada e saída. 
Ademais, quando obtemos um trabalho positivo notamos que é um trabalho realizado 
pelo sistema, já o sinal positivo para o calor confirma que é transferido calor para o 
sistema. 
 
26) Faz uma leitura da seção 4–5 “Energia interna, entalpia e calores específicos 
de sólidos e líquidos” do livro do Çengel. O que você poderia destacar desta 
leitura. 
R: Ao analisar essa seção, temos que líquidos e sólidos podem ser aproximados como 
substâncias incompressíveis sem comprometer a precisão, a hipótese de volume 
constante pode ser adotada quando a energia associada a variação do volume for 
muito menor (desprezível) quando comparada com outras formas de energia. Vemos 
também que os calores específico a pressões constantes e a volume constantes 
possuem o mesmo valor, sendo representados por c, e como nos gases ideais, 
dependem apenas da temperatura. Por fim, analisando a entalpia têm-se que h = u + 
Pv, como v é constante ao diferenciarmos essa equação obtemos que ∆h = ∆u + v ∆P, 
nos sólidos v ∆p é praticamente 0, já nos líquidos temos 2 casos, onde um ∆p = 0 e 
outro que ∆t e portanto ∆u = 0.