Calor e trabalho (cont.) Exemplo 1: Conforme mostrado na Fig. o sistema consiste de uma mola e uma força F aplicada na direção do eixo da mola. Assume-se que o produto força-deslocamento é uma relação linear na qual a força é sempre igual a kx. a) Represente graficamente o trabalho desenvolvido e proponha uma expressão para o trabalho. b) Se a constante da mola é 20 kN/m, qual é o trabalho realizado quando a mola é comprimida 75 mm?

Exemplo 2: Gás num conjunto cilindro-pistão passa por um processo de expansão cuja relação pressão-volume é dada por: A pressão inicial é 3 bars, o volume inicial é 0,1 m3, e o volume final é 0,2 m3. Determine o trabalho para o processo, em kJ, se (a) n = 1,5; (b) n = 1,0, e (c) n = 0.

Definição de Calor Calor é a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema a uma dada temperatura para outro sistema (ou arredores) a uma temperatura mais baixa em virtude da diferença de temperatura entre os dois sistemas. Um corpo nunca contém calor. Contém energia. Calor só pode ser identificado enquanto cruzando a fronteira. Calor é um fenômeno transitório. (+) Q calor transferido para o sistema (sistema ganha energia) (-) Q calor transferido do sistema (sistema perde energia)

Exemplo 3: temos um sistema fechado não adiabático preenchido por um fluido em repouso; colocamos as paredes não adiabáticas do sistema em contato com fontes de alta temperatura; Após um curto espaço de tempo, observamos uma agitação do fluído. O efeito descrito no exemplo acima é uma iteração de calor, e neste caso uma quantidade de energia (Q) foi transferida na iteração e esta quantidade de energia (Q) é igual à mudança energética da massa que compõe o sistema. Ou seja, calor e trabalho são mecanismos pelos quais a energia é transferida em sistemas fechados. Relembrando: no sistema fechado, apenas calor e trabalho podem cruzar as fronteiras do sistema.

Outra definição para processo adiabático: um processo com transferência de calor nula (Q = 0). Calor é uma função de linha, como trabalho, e é reconhecido como uma diferencial inexata: A taxa de transferência de calor é dada por: por unidade de massa:

Métodos de Transferência de Calor Condução Lei de Fourier da condução: Convecção Lei do resfriamento de Newton: Radiação Taxa de emissão superficial de energia:

o calor trocado pelo sistema, e a temperatura máxima da placa. Exemplo 4: Um fluido a 30 oC e coeficiente de troca de calor por convecção igual a 50 W/m2K molha a superfície de uma placa de alumínio (k = 237 W/moC), de 15 cm de espessura e 0,08 m2 de área. Sabendo-se que a temperatura da face direita do conjunto vale 135 oC, determine o calor trocado pelo sistema, e a temperatura máxima da placa. Fonte de Energia Δx = 15 cm Qcond. Qconv. ∞ s

Comparação entre Trabalho e Calor Calor e trabalho são fenômenos transitórios. Sistemas nunca possuem calor ou trabalho, mas cada um ou ambos cruzam a fronteira do sistema quando este sofre uma mudança de estado. Ambos calor e trabalho são fenômenos de fronteira. Ambos são observados somente nas fronteiras do sistema e ambos representam energia cruzando a fronteira do sistema. Tanto calor como trabalho são funções de linha e tem diferenciais inexatas.