Termodinmica

Prof. Marco Maria2011

Aula 01

Objetivos de cursoFornecer conhecimentos sobre o comportamento de fluidos envolvidos com transformaes de energia.

Plano de Ensino Sistema, estado e fase;

Processos, ciclos; Calor ; 1 e 2 Leis da Termodinmica;

Mquina trmica

Critrios de Avaliao1 Bimestre 7,0 ptos. avaliao escrita; 2,0 ptos. relatrios; 1,0 pto. exerccios em sala. 2 Bimestre 6,0 ptos. avaliao escrita (oficial); 2,0 ptos. relatrios; 2,0 pto. exerccios em sala.

Nota Final = 0,4(nota 1 bim) + 0,6(nota 2 bim)

BibliografiaLivro texto Fundamentos da Termodinmica 7 ed. (Borgnakke e Sonntag).

Princpios de Termodinmica para Engenharia 6 ed. (Moran & Shapiro)

Fundamentos de Fsica Vol. 2 -Gravitao, Ondas e Termodinmica, 8 ed. (Halliday, Resnick e Walker)

Mais BibliografiaTERMODINMICA (MERLE C. POTTER E ELAINE P. SCOTT)

TERMODINMICA (Yunus A. Cengel - Michael A. Boles)

Definio Clssica

A Termodinmica estuda as relaes entre a obteno de energia til (trabalho) a partir de uma fonte trmica.

Definio ModernaA Termodinmica estuda o armazenamento, a converso e a transferncia de energia.

Por que estudar Termodinmica?Desenvolvimento (1 Revoluo Industrial)

Por que estudar Termodinmica?Segunda Revoluo Industrial

Por que estudar termodinmica?

Por que estudar Termodinmica? Clula combustvel Refrigeradores

Descrio da MatriaTermodinmicaAnlise macroscpica do sistema (ex. motor de combusto).

Termodinmica Estatstica

Anlise a partir do comportamento de tomos e molculas que compem o sistema (ex. clula combustvel).

Sistema TermodinmicoDefinio: quantidade de matria ou regio do espao selecionada para estudo.Vizinhana: toda a matria e espao externos ao sistema.

Fronteira: superfcie real ou imaginria que separa o sistema de sua vizinhana.

Exemplos

Fronteira imaginria

Tipos de sistemaSistema aberto (volume de controle): h fluxo de massa e energia atravs da fronteira.Sistema fechado (massa de controle): h apenas fluxo de energia atravs da fronteira. Sistema Isolado: no h troca de massa ou energia com a vizinhana.

Exemplo

Sistema aberto

Sistema fechado

Sistema isolado

Sistema Aberto

Sistema FechadoPisto (fluido confinado).

Sistema IsoladoGarrafa trmica (aproximadamente isolado).

Propriedades de um sistemaPropriedades Intensivas: no dependem da massa (temperatura, densidade, presso). Propriedades Extensivas: dependem da massa (volume total, massa total, quantidade de movimento).

PropriedadesAs propriedades frequentemente utilizadas nos estudos de termodinmica so: Temperatura (K)Presso (Pa) Volume (m3)Massa especfica e volume especfico tambm so utilizadas.

Temperatura uma grandeza associada ao grau de agitao dos tomos/ molculas que constituem um sistema.

Co e gato vistos com infravermelho (escala Fahrenheit).

Principais escalas de Temperatura

Relaes de ConversoC 5

F - 32 = 9

=

K 273,15 5

C = temperatura na escala Celsius

F = temperatura na escala FahrenheitK = temperatura na escala Kelvin

ExemploEm 1964 a temperatura da aldeia de Oymyakon, na Sibria, chegou a -71 C. Qual o valor desta temperatura em Fahrenheit?Resoluo

Resposta. -95,8 F

PressoDefinio: a razo entre a fora (F) exercida perpendicularmente em uma superfcie e a rea (A) desta superfcie. Matematicamente,

Presso Atmosfrica a presso exercida pelos gases que compem a atmosfera. Esta presso varia conforme a altitude.

Patm = 1,013 x 105 Pa (ao nvel do mar)

Presso absoluta a presso total sobre o ponto analisado.

Pabs = Patm + ghPresso hidrosttica

= massa especfica do lquido

g = acelerao da gravidadeh = profundidade

Presso Manomtrica a diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica.PatmNo ponto P:

Pman

Pabs

Pabs = Pman + Patm ou

P

Pman = Pabs Patm

Presso ManomtricaPA = PB

Pgs + gs gh = Patm + lqgLPresso P do gs

Se a massa especfica do gs for pequena comparada com a do fluido manomtrico, tem-se que: gs gh 0 . E, ento:

h

A

B

Pgs = Patm + lqgLou

Pman = Pgs Patm = lqgL

Manmetro

Um manmetro toma a presso atmosfrica como referncia (zero).

BarmetroInstrumento utilizado para medir a presso atmosfrica.PA = PBPatm = presso da coluna de mercrio Patm = ghB A

Patm = 760 mmHg (76 cmHg) 1,013 x 105 Pa = 760 mmHg (torr) = 1 atm

Massa Especfica a razo entre a massa m do sistema e o volume correspondente V ocupado por essa massa.

Existe diferena entre densidade e massa especfica?Em objetos ocos a massa especfica leva em conta apenas o volume que contm a substncia que constitui o objeto, enquanto que a densidade considera todo o volume.

Volume Especfico o inverso da massa especfica.

Estado de um sistemaEstado de um sistema a sua descrio de sua condio caracterizada pela atribuio de valores s suas propriedades num dado instante.T2 , P2

T1 , P1

Equilbrio de um sistemaUm sistema est em equilbrio quando as propriedades em cada ponto do sistema so constantes e no sofrem mudana com o passar do tempo.Equilbrio trmico Equilbrio Termodinmico Equilbrio mecnico Equilbrio qumico

Equilbrio e no equilbrio (exemplos)

Equilbrio Trmico (Lei Zero da Termodinmica)Se dois sistemas (A e B) esto em equilbrio trmico com um terceiro (C), ento, esses dois sistemas tambm esto em equilbrio trmico.

A

B

Cisolante

Equilbrio TrmicoQuando dois corpos esto em equilbrio trmico, suas temperaturas so iguais.

Equilbrio MecnicoEm termodinmica significa que a presso em cada ponto de um sistema no varia com o passar do tempo.

PA PB

OBS. A presso varia com a profundidade mesmo no equilbrio mecnico.

Equilbrio QumicoOcorre quando no h reaes qumicas entre os elementos que constituem o sistema.

Processo a sequncia de estados pela qual um sistema passa para ir de um estado at outro.

Processo de quase-equilbrioO sistema passa de um estado a outro atravs de mudanas infinitesimais. Cada estado pelo qual o sistema passa pode ser considerado aproximadamente um estado de equilbrio.2 1

CicloQuando o sistema ao realizar um processo retorna ao mesmo estado inicial.

Exerccio 1A temperatura ideal para o bom funcionamento do motor de um veculo varia entre 90 C e 100C. Calcule esses valores na escala Kelvin.Resposta. 363,15 K e 373,15 K.

Exerccio 2Em 1993 Paul Ching-Wu Chu desenvolveu uma cermica que se tornava supercondutora temperatura de 160 K. Qual o valor desta temperatura em Celsius?Resposta. -113,15 C

Exerccio 3Um manmetro de mercrio utilizado para medir a presso no recipiente mostrado na figura abaixo. O mercrio apresenta massa especfica igual a 13590 kg/m3. A diferena entre as diferenas das colunas foi medida e igual a 0,24 m. Determine a presso no recipiente. Considere o valor de 99 988 Pa para a presso atmosfrica e tambm que a massa especfica do fluido contido no recipiente pequena com relao do mercrio.

Resposta. 131 984 Pa.

Exerccio 3ResoluoPrecipiente = Patm + Plquido

Precipiente = 99 988 + .g.H.Precipiente = 99 988 + 13 590. 9,81. 0,24 Precipiente = 99 988 + 31 996 Precipiente = 131 984 Pa = 131,984 KPa

Exerccio 4A presso mxima no fluido utilizado num macaco hidrulico 500 KPa. Determine o dimetro do conjunto cilindro-pisto para que esse instrumento levante 850 kg.

Exerccio 4F = P.A

ResoluoNo equilbrio: F = P (peso) P.A = m.g P..r2 = m.g 500 000.3,14.r2 = 850.9,8 r = 0,0728 m D = 2r = 0,146 m = 14,6 cm

rea do pisto (A)

P = m.g

Exerccio 5Uma pea de granito possui volume de 2,0 m3. Considerando a massa especfica do granito 2750 kg/m3, determine:a) O volume especfico dessa pea; (Resposta. 3,6 x 10-4 m3/kg.)

b) A massa dessa pea. (Resposta. 5500 kg.)