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Prof. Ms. Wladimir

(2009)

1ª AULA EPM – EE – EC

1. CONCEITOS E DEFINIÇÕES INICIAIS

TERMODINÂMICA

  • do Grego THEME - CALOR ramo da Física e da Engenharia

  • DYNAMIS - FORÇA

  1. DEFINIÇÃO

  • Ciência que trata das transformações de energia de quaisquer espécies, umas nas outras

  • Ciência da ENERGIA e das relações entre as PROPRIEDADES da matéria.

  1. ÁREAS DE INTERESSE

    • Física - princípios termodinâmicos para estabelecer relações entre as propriedades da matéria.

    • Termodinâmica na Engenharia.

    • Motores de automóveis

    • Turbinas

    • Bombas e Compressores

    • Usinas Térmicas (nucleares, combustíveis fósseis, biomassa ou qualquer outra fonte térmica)

    • Sistemas de propulsão para aviões e foguetes

    • Sistemas de combustão

    • Sistemas criogênicos, separação de gases e liquefação

    • Aquecimento, ventilação e ar condicionado

  • Refrigeração (por compressão de vapor , absorção ou adsorção)

  • Bombas de calor

  • Sistemas energéticos alternativos

  • Células de combustível

  • Dispositivos termoelétricos e termoiônicos

  • Conversores magnetohidrodinâmicos (MHD)

  • Sistemas de aproveitamento da energia Solar para aquecimento, refrigeração e produção de energia elétrica

  • Sistemas Geotérmicos

  • Aproveitamento da energia dos oceanos (térmica, das ondas, e das marés)

  • Aproveitamento da energia dos ventos (energia eólica)

  • Aplicações biomédicas

  • Sistemas de suporte à vida

  • Órgãos artificiais

3.1 SISTEMAS TERMODINÂMICOS

SISTEMA identifica o objeto da análise.

  • Pode ser um corpo livre ou algo complexo como uma Refinaria completa.

  • Pode ser a quantidade de matéria contida num tanque de paredes rígidas ou uma tubulação através da qual a matéria flui.

VIZINHANÇA - Tudo o que é externo ao sistema.

FRONTEIRA -superfície real ou imaginária que separa o sistema de sua fronteira.

      • Pode estar em movimento ou repouso.

      • Deve ser definida cuidadosamente ANTES de se proceder a qualquer análise termodinâmica.

      • Sua definição é arbitrária e dever ser feita pela conveniência da análise a ser feita.

3.1.1. TIPOS DE SISTEMAS

  • Sistema Fechado - quantidade fixa de matéria. Massa não entra, nem sai.

  • Volume de Controle - região do espaço através da qual ocorre fluxo de massa.

3.1.2. PONTOS DE VISTA MACROSCÓPICO MICROSCÓPICO

  • MACROSCÓPICO - trata do comportamento global, inteiro do sistema. Nenhum modelo de estrutura molecular, atômica ou subatômica é utilizado diretamente. Este tratamento é o aplicado na termodinâmica CLÁSSICA. O sistema é tratado como um continuum.

  • MICROSCÓPICO - tratamento que leva em conta a estrutura da matéria. É chamada de termodinâmica ESTATÍSTICA. O objetivo é caracterizar por meios estatísticos o comportamento médio das partículas e relacioná-lo com o comportamento macroscópico do sistema.

3.2 PROPRIEDADE, ESTADO, PROCESSO E EQUILÍBRIO

  • PROPRIEDADE - características MACROSCÓPICAS de um sistema, como MASSA, VOLUME, ENERGIA, PRESSÃO E TEMPERATURA

  • ESTADO - condição do sistema, como descrito por suas propriedades. como normalmente existem relações entre as propriedades, o ESTADO pode ser caracterizado por um subconjunto de propriedades. Todas as outras propriedades podem ser determinadas em termos desse subconjunto.

  • PROCESSO - mudança de estado devido a mudança de uma ou mais propriedades.

  • ESTADO ESTACIONÁRIO - nenhuma propriedade muda com o tempo.

  • CICLO TERMODINÂMICO - sequência de processos que começam e terminam em um mesmo estado.

  • Exemplo: vapor circulando num ciclo de potência.

3.2.1 PROPRIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS

  • EXTENSIVAS

    • Seu valor para o sistema inteiro é a soma dos valores das partes em que o sistema for subdividido.

    • Dependem do tamanho e extensão do sistema.

    • Seus valores podem variar com o tempo.

    • Exemplo: massa, energia, volume.

  • INTENSIVAS

    • Não são aditivas, como no caso anterior.

    • Seus valores não dependem do tamanho e extensão do sistema.

    • Podem variar de um lugar para outro dentro do sistema em qualquer momento.

    • Exemplo: temperatura e pressão.

3.2.2 FASE E SUBSTÂNCIA PURA

  • FASE

    • Quantidade de matéria que é homogênea tanto em composição química quanto em estrutura física.

    • Homogeneidade na estrutura física significa que a matéria é totalmente sólida, totalmente líquida ou totalmente gasosa.

    • Um sistema pode conter uma ou mais fases. Exemplo: água e seu vapor.

    • Notar que os gases e alguns líquidos podem ser misturados em qualquer proporção para formar uma simples fase.

  • SUBSTÂNCIA PURA

    • É invariável em composição química e é uniforme.

    • Pode existir em mais de uma fase desde que seja garantida a condição acima.

      1. EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO:

  • UNIFORMIDADE DE PROPRIEDADES NO EQUILÍBRIO: não variam de um ponto para outro. Exemplo: temperatura.

  • PROCESSO QUASE-ESTÁTICO: processo idealizado composto de uma sucessão de estados de equilíbrio, representando cada processo um desvio infinitesimal da condição de equilíbrio anterior.Esses processos representam a base para comparação dos processos reais.

  • PROCESSOS REAIS: são compostos por sucessão de estados de não equilíbrio (não uniformidade espacial e temporal das propriedades, e variações locais com o tempo).

3.3 UNIDADES PARA MASSA, COMPRIMENTO, TEMPO E FORÇA

3.3.1 Sistemas de Medidas

Grandezas – Comprimento, tempo, massa, temperatura, pressão, resistência elétrica, etc.

Unidade – medida de grandeza cujo valor é definido exatamente como 1,0.

Padrão – referência com a qual devem ser comparados todos os outros exemplos de grandeza.

3.3.2 Sistema Internacional de Unidades (SI)

Grandezas Fundamentais – Comprimento, Massa e Tempo, Força e Temperatura

Unidades Secundárias – são definidas em função das unidades das grandezas fundamentais.

Grandeza Nome da Unidade Símbolo

Comprimento metro m

Tempo segundo s

Massa quilograma kg

3.3.3 Mudanças de Unidades

Método de conversão em cadeia – multiplica-se a medida original por um fator de conversão (uma relação entre unidade que é igual a 1).

Exemplo:

3.3.4 Prefixos das unidades do SI (Sistema Internacional de Unidades)

Fator

Prefixo

Símbolo

Fator

Prefixo

Símbolo

1024

iota

Y

10-24

iocto

y

1021

zeta

Z

10-21

zepto

z

1018

exa

E

10-18

ato

a

1015

peta

P

10-15

fento

f

1012

tera

T

10-12

pico

p

109

giga

G

10-9

nano

n

106

mega

M

10-6

micro

μ

103

quilo

k

10-3

mili

m

102

hecto

h

10-2

centi

c

101

deca

da

10-1

deci

d

3.3.5 Sistema internacional de unicade e o sistema ingles

3.4 Conversão de Unidades

3.4.1 Temperatura

3.4.2 Comprimento

1 ft (pé) = 12” = 0,3048 m =30,48 cm

1” = 2,54 cm (1” = 1 in = 1 polegada)

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