Aula 2: Revisão Denise Weiss

Termodinâmica É uma ciência que estabelece os conceitos para explicar os fenômenos físicos de transferência de energia térmica, identifica os elementos físicos, as propriedades e as respectivas leis que descrevem os fenômenos térmicos.

Principais grandezas: Temperatura Pressão Densidade Calor específico Entalpia: energia interna total de uma substância Entropia: desordem interna da substância.

Lei zero da termodinâmica Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si. Pode haver equilíbrio térmico sem haver equilíbrio termodinâmico, para haver equilíbrio termodinâmico tem que existir as seguintes condições:

Lei zero da termodinâmica Equilíbrio mecânico ( forças e movimento = 0) Equilíbrio químico Não haver troca de materiais

Lei zero da termodinâmica Quando são misturadas diferentes massas, a temperatura varia inversamente com as massas, ou seja, A menor massa varia mais de temperatura, de modo que os produtos permanecem com a mesma quantidade.

A energia térmica absorvida pelo corpo depende das características dos materiais que o compõe.

Calor: Calor é a energia térmica em movimento entre corpos que estão a temperaturas diferentes.temperaturas O calor passa de um corpo para o outro até que seja atingido o equilíbrio térmico.

Formas de transmissão Condução Convecção Irradiação

Condução: É o processo de transmissão de calor feita de partícula para partícula sem que haja transporte de matéria de uma região para outra.processo O processo de transmissão de calor ocorre principalmente nos sólidos e em especial nos metais, pois estes são bons condutores de calor.metais Em geral, um bom condutor de eletricidade também é um bom condutor de calor.

Convecção A convecção é o processo de transmissão de calor feita por meio do transporte da matéria de uma região para outra. A convecção é o processo que só pode ocorrer nos fluidos, pois nos sólidos as partículas não podem ser arrastadas.

Convecção

Radiação ou Irradiação: Nossa maior fonte de irradiação térmica é o Sol, nossa maior fonte de energia. Por isso, a radiação é considerada o principal processo de transmissão do calor, pois sem ela o calor do Sol não chegaria até nós.

Radiação ou Irradiação: Consiste na transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em certos meios materiais como, por exemplo, no ar.ondas eletromagnéticas Esta é a única forma de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo.

1ª Lei da Termo: Este é o enunciado da primeira lei da Termodinâmica. Esta lei representa a aplicação do princípio de conservação da energia a sistemas que podem trocar energia com a vizinhança por calor e por trabalho.

Enunciado: A única maneira de variar a energia de um sistema fechado é por meio de calor ou trabalho. Porém a energia deve ser conservar, isto é, a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada. Essa conservação de energia é o princípio da Primeira Lei.

Balanço de energia: A variação líquida da energia total de um sistema durante um processo é igual à diferença entre a energia total que entra e a energia total que sai do sistema durante esse processo. Eentra – Esai = ΔEsistema [J]

Balanço de energia: Essa relação se aplica a todo tipo de sistema em qualquer processo ΔEsistema = Efinal – Einicial = E2 – E1 A energia pode existir sob diversas formas, cinética, potencial, magnética, eletromagnética, nuclear, química, e sua soma constitui a energia total. A variação da energia total de um sistema durante um processo pode ser expressa por: ΔEsistema = ΔU + ΔEC + ΔEP

onde U é a energia interna, EC a energia cinética e EP a energia potencial. Porém temos que: ΔU = m (u2 – u1) [J] ΔEC = ½ m (V22 – V12) [J] ΔEP = mg (z2 – z1) [J]

Transferência de energia: Calor (Q) promove o aumento ou diminuição da energia das moléculas, e consequentemente a energia interna do sistema. Trabalho (W) é uma forma de energia que não seja proveniente de uma diferença de temperatura. A realização de trabalho sobre o sistema aumenta a energia do sistema, enquanto que a realização de trabalho pelo sistema diminui a energia dele. Fluxo de massa ( ṁ ) é um mecanismo adicional de transferência de energia, tendo um aumento com o acréscimo de massa e uma diminuição com a retirada de massa do sistema.

Balanço de energia: ΔEsistema = Eentra – Esai = (Qentra – Qsai) + (Wentra – Wsai) + Emassa,entra – Emassa,sai

Balanço de Energia para Ciclo Num processo de ciclo termodinâmico o sistema retorna ao seu estado original e, portanto, a variação de energia líquida é nula. Assim temos: ΔEciclo = Qciclo – Wciclo ΔEciclo = 0 Qciclo = Wciclo

Ciclos de potência são aqueles que fornecem uma transferência líquida de energia sob a forma de trabalho Wciclo = Qentra – Qsai

Desempenho ou eficiência: O desempenho ou eficiência de um sistema de potência pode ser descrito em termos da extensão na qual a energia adicionada por calor é convertida em trabalho líquido. η = W ciclo / Q entra = (Q entra – Q sai )/ Q entra η = 1 - Qsai/ Qentra

Ciclos de refrigeração ou bomba de calor são aqueles que necessitam de uma entrada líquida de trabalho para realizar a transferência de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente. Wciclo = Qsai - Qentra

O desempenho dos ciclos de refrigeração ou coeficiente de desempenho pode ser descrito como a razão entre a quantidade de energia recebida na forma de calor do corpo frio e o trabalho líquido necessário para produzir esse efeito. β = Q entra /W ciclo = Q entra / Q sai - Q entra

Já o desempenho da bomba de calor está relacionado com a quantidade de energia térmica que é descarregada no corpo quente γ = Q sai / W ciclo = Q sai / Q sai - Q entra

Fórmulas:

Exemplo 1: Uma barra de alumínio tem 1 m a 0 0C. Vamos calcular o seu comprimento a 100 0C. Usando a expressão para a dilatação linear: L = L0 ( 1 + αt ), temos: L = ( 1 m )[ 1 + ( 2,3 x 10−5 oC−1 )( 100 oC ) ] = 1,0023 m Portanto, com o aumento de 100 oC, o comprimento da barra de alumínio aumenta 2,3 mm.

Exemplo 3: O comprimento de um fio de alumínio é de 40m a 20ºC. Sabendo-se que o fio é aquecido até 60ºC e que o coeficiente de dilatação térmica linear do alumínio é de ºC-1, determine: a) A dilatação do fio. b) O comprimento final do fio.

Exemplo 3:

Exemplo 4: Uma placa retangular de alumínio tem 10cm de largura e 40cm de comprimento, à temperatura de 20ºC. Essa placa é colocada num ambiente cuja temperatura é de 50ºC. Sabendo que al = °C-1, calcule: a) A dilatação superficial da placa. b) A área da placa nesse ambiente.

Exemplo 4:

Exemplo 6: O cilindro circular de aço encontra em um laboratório a uma temperatura de -100ºC. Quando este chegar à temperatura ambiente (20ºC), quanto ele terá dilatado?

Exemplo 6: