Questionário REO 3 TERMO

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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 dar alguns 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 . 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 = - e portanto 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 ou vice-versa. Assim, a equação do balanço da energia em caso de sistema fechado torna-se 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 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 () 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) é a energia necessária para fazer o mesmo enquanto a pressão permanece constante. Ademais, () e ) 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 () e ) 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 ) por ).
24) O que você poderia falar das relações entre calores específicos dos gases ideais?
R: Uma relação especial entre ) e ) para os gases ideais pode ser obtida pela relação 
) = ) + R , sendo R uma constante do gás, quando esses calores específicos são dados na base molar R é substituído por ).
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 ) 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.