Termodinâmica

Calor e Trabalho

Tópicos abordados

Calor: definição e formas de transferência de calor;

Trabalho: definição e trabalho termodinâmico.

Observação importante: esse guia foi preparado por mim e não foi feita

uma revisão criteriosa do mesmo. Se você encontrar qualquer tipo de erro,

por favor, me avise para que eu possa corrigi-lo.

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Definição de Calor

Forma de transferência de energia através da fronteira de

um sistema a um outro sistema (ou meio) que apresenta

temperatura menor.

Um corpo nunca contém calor, contém energia.

O que isso significa? O calor só pode ser identificado quando

atravessa uma fronteira.

Modos de Transferência de Calor: Convecção; Condução

ou Difusão; Radiação.

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Modos de transferência de calor

Convecção:

Transferência de energia entre uma superfície sólida e um fluido em

movimento;

A grandeza é transportada porque o material é transportado;

Necessita de um meio para ocorrer;

Transporte devido à velocidade média do fluido.

Condução ou Difusão:

Transferência de energia das moléculas mais energéticas para moléculas

menos energéticas devido a interação entre as mesmas,

Transporte devido à movimentação aleatória das moléculas;

Também necessita de um meio para ocorrer;

Ocorre devido a uma diferença de potencial.

Exemplo: difusão de calor ou condução térmica: a propriedade sendo

difundida é o calor e o potencial é a temperatura.

Modos de Transferência de Calor

Radiação:

Transferência de energia através de ondas eletromagnéticas,

Não necessita de um meio.

Modos de Transferência de Calor

Modos de Transferência de Calor

Condução ou Difusão:

É dada pela Lei de Fourier

Convecção

É dada pela Lei de resfriamento de Newton.

Radiação

dada pela Lei de Stefan-Boltzmann

L

TTkA

dx

dTkAQx

12 onde:

• k é a condutividade térmica do

material [W/m K]

• A é a área

• dT/dx é o gradiente de

temperatura na direção x

•T é a temperatura [K]

•h é o coeficiente de transferência

de calor por convecção [W/m2 K]

• é a emissividade do material

(valor adimensional)

• é a constante de Stefan-

Boltzmann =5,6710-8W/m2K4

ThAQ

44

sup ambienteerfície TTAQ

Trabalho

O trabalho, em termos de força e deslocamento, é

definido como a força F agindo através de um

deslocamento x, sendo este deslocamento na direção da

força:

8

2

1

S

SdSFW

Definição de Trabalho

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Onde encontramos o deslocamento?

O trabalho atravessa as fronteiras do sistema?

Definição de Trabalho

Como definimos o trabalho termodinâmico?“Um sistema realiza trabalho sobre sua vizinhança se o

único efeito sobre a parte externa desse sistema puder

ser o levantamento de um peso.”

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TRABALHO???

Definição de Trabalho

Como definimos o trabalho termodinâmico????

O trabalho é uma forma de transferência de energia.

Trabalho não se refere ao que está sendo transferido ou

armazenado no sistema, a energia é transferida e

armazenada quando se realiza trabalho.

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F=pA

2

1

2

1

2

1

dVp

dSpA

dSFW

Trabalho de compressão e expansão

Trabalho Termodinâmico

Caso 1: p=constante

Caso 2: pV=constante

Caso 3: pVn=constante

13

2

1dVpW

VpW 21

Um gás sofre um

processo

politrópico

quando a relação

entre a pressão e o

volume durante o

processo é dado

por pVn=constante

1

21121 ln

V

VVpW

n

VpVpW

1

112221

Trabalho sob o ponto de vista

termodinâmico

Convenção de sinais - Relacionando o conceito de trabalho com os conceitos de sistemas, propriedades e processos:

W>0 (positivo) - Trabalho realizado pelo sistema

- sai energia do sistema;

W<0 (negativo) - Trabalho realizado sobre o sistema.

- entra energia no sistema;

A unidade de Trabalho é o Joule: 1 J = 1 Nm

A unidade de Potência (Trabalho por unidade de tempo) é o Watt: 1 W = 1 J/s

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Calor sob o ponto de vista termodinâmico

Convenção de sinais – a convenção de sinais para Calor é oposta a convenção de sinais para Trabalho.

Q>0 (positivo) - Calor transferido para um sistema;

- entra energia no sistema;

Q<0 (negativo) - Calor transferido de um sistema.

- sai energia do sistema;

Como o Trabalho, a unidade de Calor é o Joule.

A taxa de transferência Calor (Calor por unidade de tempo) é o Watt.

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