Termodinâmica conceitos básicos

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).

1.1. TERMODINÂMICA E ENERGIA
Definição:
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.

TERMODINÂMICA – advém das palavras grega:
Origem da palavra
THERME – Calor DYNÂMIS – Potência
Traduz-se em conversão de calor em potência

Pequena 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.

Pequena 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.

 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

Ex: Uma pedra em
queda livre (conversão
de energia potencial em
energia cinética).
Principio de Conservação da Energia
Ex: aplicado ao
corpo humano

Expressa 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.

Lar 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

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

1.2. UNIDADE E DIMENSÕES
Dimensão – caracterização de qualquer quantidade
física
Unidades – magnitude arbitrarias atribuídas às
dimensões
Existem dois tipos de dimensões:
Dimensões primárias
Massa – m
Comprimento – l
Tempo –t
Temperatura - T
Dimensões Secundárias
-Volume V
-Velocidade m/s
-Pressão
- Energia E

1.2. UNIDADE E DIMENSÕES
Existem 2 sistemas de unidades:
Sistema Internacional
Sistema Inglês
As 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.

1.3. SISTEMAS ABERTOS E FECHADOS
Sistema – 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.

SISTEMA
Fronteira
Vizinhança

Classificação do sistema:
 Aberto (volume de controlo)
 Fechado (massa de controlo)
Isolado
Sistema
Isolado
Sistema
Aberto
Sistema
Fechado
não
não

Ex:
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.

1.4. FORMA DE ENERGIA
A energia pode existir de diversas forma:
Energia térmica
Energia nuclear
Energia cinética
Energia potencial
Mecânica
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 TERMODINÂMICA
- 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

1.5. PROPRIEDADE DE UM SISTEMA
Propriedade – 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

Massa Volúmica, densidade e volume específico
Massa volúmica ou densidade
Densidade relativa
Volume específico p propriedade mas comum
em termodinâmica

Classificação 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

1.6. 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.

1.6. 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.

1.6. 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.

1.6. 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.

1.6. PRESSÃO
Tipos de pressão
- Pressão absoluta
- Pressão manométrica
- Depressão

1.6. PRESSÃO
Pmanométrica
PabsPatmPdepresão
Pabs
Patm
Pabs=0
Vácuo absoluto

1.6. PRESSÃO
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:

1.6. PRESSÃO
Manómetro

1.6. PRESSÃO
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.

1.6. PRESSÃO
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.

1.6. 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)+273,15
T(R)=T(ºF)+459,67
T(R)=1,8T(K)
T(ºF)=1,8T(ºC)+32

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