Aula nº1 termodinâmica e energia -cap1

Jean Piaget

Conceito Básico de Termodinâmica

Docente: Eng. Justo Pina

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA

Cada ciência tem um vocabulário próprio e a termodinâmica não é excepção.

A definição precisa dos conceitos básicos forma alicerce solido para o desenvolvimento da ciência e evita mal entendidos.

Neste capítulo faremos uma revisão dos:. Sistemas de unidades a utilizar . Conceitos básicos de termodinâmica

(energia, propriedades, estados, processos, pressão, temperatura etc).

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.1. TERMODINÂMICA E

ENERGIADefinição:

TERMODINÂMICA é a Ciência que

estuda fenómenos envolvendo a

transferência e conversão de energia./

é a ciência de energia.

A MECÂNICA Ocupa-se do movimento das matéria e a TERMODINÂMICA ocupa-se do movimento da energia e a interação energia/matéria.

ENERGIA – capacidade de provocar

alterações.


ENERGIA

TERMODINÂMICA – advém das palavras grega:

Origem da palavra

THERME – Calor DYNÂMIS – Potência

Traduz-se em conversão de calor em potência


ENERGIAPequena historia O princípio da termodinâmica existe desde a criação do universo.

A termodinâmica, como ciência moderna, surgiu a quando da construção da 1ª maquina atmosférica a vapor, em Inglaterra, por Thomas Savery, em 1697 e Thomas Newcomen em 1712.

Embora essas maquinas sejam lentas e ineficientes abriram o caminho para o desenvolvimento desta ciência nova.


ENERGIAPequena historia O termo Termodinâmica foi usado pela 1ª fez por Lord Kelvin numa publicação de 1849.

Como ciência moderna, a termodinâmica foi estabelecida na segunda metade do Sec. XIX, através dos trabalhos dos fisicos Willian Rankine, Rudolph Clausius e Lord Kelvin, que formularam a 1ª e a 2ª lei da termodinâmica simultaneamente por volta de 1850.

O 1ºcompêndio de termodinâmica foi escrito em 1859 por Willian Rankine.


ENERGIA é uma das principais leis da natureza .Estabelece que:Durante uma interação, a energia pode mudar de forma mas que a quantidade total permanece constante.Ou seja:A energia não pode ser criada ou destruída, só pode mudar de forma.

Principio de Conservação da Energia


ENERGIAEx: Uma pedra em queda livre (conversão de energia potencial em energia

cinética).

Principio de Conservação da Energia

Ex: aplicado ao corpo humano


ENERGIAExpressa o principio de conservação de energia e estabelece que a energia é uma propriedade termodinâmica.

1ª lei da termodinâmica

2ª lei da termodinâmica

Estabelece que a energia tem qualidade e quantidade e que os processos reais ocorrem na direcção da qualidade decrescente de energia.


ENERGIALar comum, um mostruário de maravilha da termodinâmica: - Electrodomésticos a gás ou eléctricos - aparelho de aquecimento ou refrigeração - Frigoríficos - Ferro de engomar - panela de pressão - desumidificador - computador - televisão - chuveiro, etc

Area de aplicação de termodinâmica


ENERGIAAplicação em escalas maiores

- Projectos e análises de motores de combustão interna ; - Foguetes - Motores a jacto - Centrais eléctricas - Centrais térmicas - Bombas - Compressores - CORPO HUMANO, etc

Area de aplicação de termodinâmica


ENERGIAArea de aplicação de termodinâmica

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.2. UNIDADE E DIMENSÕES

Dimensão – caracterização de qualquer quantidade físicaUnidades – magnitude arbitrarias atribuídas às dimensõesExistem dois tipos de dimensões: Dimensões primáriasMassa – mComprimento – lTempo –tTemperatura - T

Dimensões Secundárias -Volume V-Velocidade m/s-Pressão- Energia E

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.2. UNIDADE E DIMENSÕES

Existem 2 sistemas de unidades:

Sistema Internacional Sistema InglêsAs unidades dever ser utilizadas de forma correcta sob pena de se obterem resultados errados. Com um pouco de atenção e destreza estes podem ser usadas ao nosso valor.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.3. SISTEMAS ABERTOS E

FECHADOSSistema – região no espaço, que contém uma determinada porção da matéria, escolhida para ser estudado.Matéria em estudo – será um fluido (gás ou líquido).

Fronteira – linha ou superfície que delimita o sistema ,separando-o da vizinhança, pode ser real ou imaginária.

A fronteira pode ser fixa ou móvel e tem uma espessura nula. Vizinhança – a massa ou região exterior.


FECHADOS

SISTEMA

Fronteira

Vizinhança


FECHADOSClassificação do sistema: Aberto (volume de controlo) Fechado (massa de controlo)Isolado

Sistema Isolado

Sistema Aberto

Sistema Fechado

não

não


FECHADOSEx:

A relação termodinâmica que se utiliza para sistemas abertos e fechados são diferentes. É extremamente importante conhecer o tipo de sistema antes de iniciar o seu estudo.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIA

A energia pode existir de diversas forma:

Energia térmicaEnergia nuclearEnergia cinética Energia potencialMecânica Magnética Interna, etc

Energia total do sistema (E) - é a soma de todas as formas de energias. Dividida por unidade de massa denota-se por (e) .


A termodinâmica não permite obter o valor absoluto da energia total de um sistema. Consegue apenas conhecer a sua variação., sendo o importante em problemas de engenharia.

As formas de energias que compõem a energia total são agrupados em dois: -Macroscópica – em relação a um referencial externo-Microscópica – relaciona com a estrutura molecular e grau de actividade molecular. É independente do referencia externo.

1. CONCEITO BÁSICO DE TERMODINÂMICA1.4. FORMA DE ENERGIA

- Energia interna (U). A soma das formas de

energia Microscópica é denominada.

- Energia cinética(Ec). Energia que um sistema

possui como resultado do seu movimento em

relação o a uma referencial.- Energia Potencial (Ep) -Energia que um

sistema possui como resultado da sua elevação

num campo gravítico.- Energia total). E=U+Ec+Ep (kj)


- Energia interna (U). A soma das formas de

energia Microscópica.

-Sistema estacionário - a variação de energia

total é igual a variação da energia interna

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.5. PROPRIEDADE DE UM

SISTEMAPropriedade – qualquer característica de

um sistema.

Ex: Pressão P, temperatura T, volume V e a

massa m.

Podemos agrupar as propriedades em dois

grupos:

-Prop. independentes - massa, temperatura

etc

-Propr dependentes – massa volumica, volume,

etc


SISTEMAMassa Volúmica, densidade e volume

específico

Massa volúmica ou densidade

Densidade relativa

Volume específico p propriedade mas

comum

em termodinâmica


SISTEMAClassificação das propriedade

Propriedade intensiva – independente da

dimensão do sitema . Ex: temperatura pressão

massa volúmica.

Propriedade extensiva - dependente da

dimensão do sistema. Ex: massa, volume,

energia total

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. ESTADO E EQUILIBRIO

Estado – num dado estado todas as

propriedade do sistema têm valores fixos. Se

uma das propriedades variar, estamos perante

a mudança de estado.Estado de equilíbrio – é caracterizado pela

inexistência de potenciais desequilibrados no

seio do sistema.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. ESTADO E EQUILIBRIO

Tipos de equilíbrios

Térmico – temperatura const. ao longo do

sistema.

Mecânico – pressão constante ao longo do

sistema.

De fase – quando a massa de cada fase

atingir e mantiver um nível de equilíbrio.

Químico – composição química constante.

Não há ocorrência de reacção química.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PROCESSO E CICLO

PROCESSO – qualquer alteração que um

sistema sofre desde um estado de equilíbrio

para outro.

Caminho – a série de estados pelos quais um

sistema passa durante um processo.

Processo quase equilibro- processo lento

que permite ao sistema ajustar-se

internamente de forma a que as propriedades

sejam homogénea.


Estado 1

Estado 2

Caminho do processo


Tipos de processo

Processo isocórico ou isométrico – volume

constante

Processo isobárico – pressão constante.

Processo isotérmico – Temperatura

constante.


CICLO

Um sistema completa um ciclo se no fim do

processo retorna ao seu estado inicial. Estado

inicial e final idênticos.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. PRESSÃO

Força exercida por um fluido por unidade de

área.

O termo utiliza-se somente para gases e

líquidos.

Num dado pondo do fluido a pressão é a

mesma em todas as direcções.

A pressão aumenta com a profundidade

devido ao peso do fluído.


Tipos de pressão

- Pressão absoluta

- Pressão manométrica

- Depressão


Pmanométrica

PabsPatmPdepresão

Pabs

Patm

Pabs=0Vácuo absoluto


Exercício 1

Um manómetro de depressão está ligado a uma câmara indicando 5,8 psi num local onde a pressão atmosfera é de 14,5 psi. Determina a pressão absoluta no interior da câmara.Solução:


Manómetro


Exercício 2

Um manómetro é utilizado para medir a pressão num reservatório. O fluido utilizado tem uma densidade específica de 0,85 e a altura da coluna de mercúrio é de 55 cm. Sabendo que a pressão atmosférica local é de 96 kpa, determine a pressão absoluta no interior do reservatório.


Exercício 3

Determine a pressão atmosfera num local onde um barómetro indica 740 mmHg e a aceleração gravítica é de g=9,7 m/s2 . Assume-se que a temperatura do mercúrio é de 10ºc, sendo a sua massa volúmica de 13570 kg/m3.

1. CONCEITO BASICO DE TERMODINÂMICA1.6. TEMPERATURA E A LEI

ZERO DA TERMODINÂMICA

LEI ZERO – se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, eles estão também em equilíbrio térmico entre si.ESCALA DE TEMPERATURA

T(K)=T(ºC)+273,15T(R)=T(ºF)+459,67T(R)=1,8T(K)T(ºF)=1,8T(ºC)+32

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