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Cap. 2 – Energia e Primeira Lei da Termodinâmica.

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1 Cap. 2 – Energia e Primeira Lei da Termodinâmica

2 2.1 – Conceitos mecânicos de energia – Trabalho e energia cinética s

3 EC = Variação de energia cinética (EC) Trabalho da força F s

4 2.1.2 – Energia potencial

5 2.2 – Transferência de energia por trabalho W = Trabalho da força Equação utilizada para determinar o trabalho : realizado durante a expansão ou compressão de um gás de deformação de uma barra sólida de deformação de uma película líquida....

6 Definição termodinâmica de trabalho : Um sistema realiza trabalho sobre as suas vizinhanças se o único efeito sobre tudo aquilo externo ao sistema puder ser o levantamento de um peso. Sistema A Sistema B Trabalho é um modo de transferir energia

7 2.2.1 – Convenção de sinais W > 0 = Trabalho realizado pelo sistema W < 0 = Trabalho realizado sobre sistema Sistema A Sistema B W > 0 = Trabalho realizado pelo sistema B W < 0 = Trabalho realizado sobre sistema A

8 Trabalho não é uma propriedade do sistema ! Diferencial inexata Potência: Diferencial inexata

9 2.2.2 – Trabalho de expansão ou compressão gás F=pA Diferencial inexata dx

10 p V p V Um processo (em quase-equilíbrio) descrito pela expressão pV n = cte é chamado de um processo politrópico

11 2.2.3 – Exemplos de trabalho a) Alongamento de uma barra sólida b) Potência transmitida por um eixo c) Potência eletrica d) Trabalho devido a magnetização

12 2.3 – Energia de um sistema – Primeira Lei da Termodinâmica O trabalho líquido realizado por ou sobre um sistema fechado submetido a um processo adiabático entre dois estados dados, dependo somente dos estados inicial e final – Variação de energia (ad = processo adiabático) E = energia total - propriedade Energia total inclui : Energia cinética, Energia potencia e outras formas

13 2.3.3 – Energia interna Quando se realiza trabalho para comprimir uma mola, armazena-se energia no interior da mola Quando uma bateria é carrega (com energia elétrica) armazena-se energia eletroquímica na mesma. Na termodinâmica aplicada à engenharia considera-se a variação de energia total de um sistema constituída de três contribuições macroscópicas: Energia cinética, Energia potencial gravitacional e energia interna

14 2.3.4 – Balanço de energia 1 2 WAWA WBWB Princípio da conservação da energia

15 2.4 – Transferência de Energia por calor – Convenção de sinais W > 0 = Trabalho realizado pelo sistema W < 0 = Trabalho realizado sobre sistema Q > 0 = Transferência de calor realizado para o sistema Q < 0 = Transferência de calor realizado do sistema Q > 0 W > 0 ++ Q < 0 W < 0 _ _ Sistema

16 Diferencial inexata Transferência de calor não é uma propriedade do sistema ! Taxa de transferência de calor: (Potência térmica) [J/s] ou [W] = fluxo de calor [W/m 2 ]

17 2.5 – Balanço de energia para sistemas fechados Outros formatos do balanço de energia: diferencial instantâneo

18 2.6 – Análise de energia para ciclos – Balanço de energia Corpo Quente Corpo Frio Sistema Ciclo de Potência Corpo Quente Corpo Frio Sistema Ciclo de Refrigeração e Bomba de calor

19 2.6.2 – Ciclos de potência Corpo Quente Corpo Frio Sistema Eficiência térmica :

20 2.6.3 – Ciclos de refrigeração e Bomba de calor Corpo Quente Corpo Frio Sistema Coeficiente de perfomance : Ciclos de refrigeração: Coeficiente de perfomance : Bomba de calor:

21 Segunda lista de exercícios 2.17 – 2.28 – 2.31 – 2.47 – 2.48 – 2.53 – 2.61 – 2.63


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