Notas de Aula Fundamentos da Termodinâmica

Apresentação Prefácio Unidade 1 Introdução e conceitos fundamentais para o estudo da termodinâmica: Sistemas termodinâmicos e processos............ 1 Tipos de sistemas termodinâmicos.............. 7 Mudanças de estado, processos e transformações (cinco variáveis de estado e funções de estado)............10 Volume de processo e temperatura Primeira variável de processo: definição e unidades de medida Temperatura............................................11 Dilatção térmica......................................15 Outra variável de processo: pressão Pressão definição e unidades de medida........21 Manometria...............................................22 Unidade 2 O princípio da conservação de energia e a primeira lei da termodinâmica....33 Energia e transferência de energia...................35 Energia e formas de energia Energia em trânsito: calor e trabalho..................37 O princípio da conservação da energia e a primeira lei da termodinâmica..............57 Unidade 3 As substâncias puras e as mudanças de estado..................................................75 Substâncias puras.......................................77 Estados de agregação e os diagramas das propriedades das substâncias puras..............78 Tabelas de propriedades..................................84 Gases................................................................100 O modelo do gás ideal..................................102 As mudanças de estado mais comuns dos gases ideais.105 Unidade 4 A segunda lei da termodinâmica e a eficiência de máquinas e processo...........119 Segunda lei da termodinâmica......................121 As formulações da segunda lei e seu significado....122 Uma nova função de estado: a entropia........126 Máquinas e processos térmicos.....................137 Ciclos de potência a gás................................140 Ciclos de potência a vapor...........................142 Referências..................................................151 Fundamentos da Termodinâmica. | Introdução. (simbologia de temperatura e pressão) SISTEMAS E SISTEMAS TERMODINÂMICOS (can be physical or chemical) Sistema termodinâmico fechado Quando não há permissão nenhuma (transferência de energia ou massa) Quando há possibilidade de troca com o meio ➔ SISTEMA ABERTO (volume de controle) (sistema termodinâmico está interagindo com vários tipos de interação que começam ao considerar adiabático ou isolante) RETIRANDO O INFLUXO (trabalho redesenhado) (mudança de estado, quantidade de substância) (sistemas) VOLUME DE CONTROLE ➔ em termos de turbulência se transforma. Sistema aberto: Além de não haver variação de massa uso é possível transferências de energia DOIS CLASSIFICADORES DOS SISTEMAS E PASSO DE SOLUÇÃO DE PROBLEMAS PROPRIEDADES ➔ TERMODINÂMICA ➔ TRANSFERÊNCIAS ➔ CALOR, TRABALHO, FLUXO DE MASSA Características de um sistema termodinâmico P, volume, pressão T, temperatura (exemplo de efeito intrigante) Como identificar se uma variável é uma propriedade termodinâmica? Aplicar a pergunta: eu necessito saber o passado de uma variável para medir/estabelecer a condição final ? uma propriedade termodinâmica. Exercicio 1 (Diferencas entre um sistema fechado e um volume de controle) Fechado: transferir energia por meio de calor e trabalho VOLUME de controle tambem inclui a transferencia de caps consumivel Fr FRONTEIRAS calor PI C D ALTA P1 FIXO E Sornal L comp Fr AUXILIO SETENIA processo Dif Pic DPTS media motor 1 eletrico RECOBRADOR TURBINEO + TRANSDUCER MOTOR DADO DIFERENCA Se reta a amaoua DIFFERENCA passagem INTERNO perodanger Motor Vencao VPor M sem move um calor ar thise de westrao INTERNO ONTUDO MAHALE cum a arena DIC DE neutralina AP or onjura VINTENTAMENTO SISTEMA PEGADO NO ESPACO QUE CONTAM MATERIA E ENERGIA DEFINIDO EM FORMAIS EM NECESSARIA RESTRITO POR FRONTEIRAS (LIMITES) FRONTEIRAS PERMISEVEL MATERIA IMPERMEAVEL EMPERMEAVEL IMPERMEAVEL TRANSFERENCIA IMPERMEAVEL DE TRANSFERENCIA ADAPTATIVELA Dilatacao Termica -> Mudanca nas dimensoes de um corpo causada por uma mudanca na temperatura. - Dilatacao linear (sentido unico) + \[\Delta l\] + -\[\Delta l\] - li l lf li = comprimento inicial \[\Delta l = lo .\alpha . \Delta t\] \[\Delta l = lf - li\] \[\alpha\] = coeficiente de dilatacao linear variacao de temperatura Exemplo: Uma barra homogenea e aquecida de 50°C a 150°C. Sabendo-se que lo = 5m e que o coeficiente de dilatacao linear é igual a \[12,5 . 10^{-6} \degree C ^{-1}\] Pede-se: a dilatacao ocorrida: \[\Delta l = lo .\alpha . \Delta t\] => \[\Delta l = 5 . 12,5 . 10^{-6} . (150 - 50)\] \[\Delta l = 0,00625 m = 0,003 m \approx 3 mm\] \[lf = lo + \Delta l \to 5,003 m\] Dilatacao superficial Chapa \[\Delta s = lo \beta . \Delta t \to \] var. temp \[\Delta a\] \[\beta = 2 . \alpha\] - aumento face - aumento - aumento - Desprezar (????)- \[\Delta V\] -> \[o\] -> a \[\varepsilon \]\[\varepsilon \] \text{{[ ][ ]}} Dilatacao volumetrica \[\Delta V = Vo \chi \beta . \Delta t\to \] constante capacidade volume inicial ou volume nao e ocupação ou coeficiente de dilatacao volumetrica onde \chi = 3 . \alpha ou \chi = 3 \frac{\beta}{2} Ex: Dedutivamente fabrica objetivo em cerveja apenas uma caixa de base de 50cm x 80cm Sabendo-se que o volume inicial é 4cm³ e \beta é 4 15 . 10^{-6}°C^{-1}\], determinar o valor da dilatacao sofrida pelo encole. \[\Delta v : 10\otimes . \Delta t:0,003 cm^3 -> \] \[\Delta Vo \quad \\pound 4n 15. 10^{-6} . (20 -25) \] \[\Delta Vo = \frac{0,003 cm^3}{\varepsilon} - Deixe por: n 860 . 10^{-6} cm3 = 3,oooo cm3 \persist\] - 3.1 3 \xi off - sub\] Ex.1) barra homogênea é aquecida de 50°C - 150°C ; lo = 5m; \[\alpha = 12,5 . 10^{-6} \degree C^{-1}\] Dilatacao ocorrida: \[\Delta l = lo .\alpha . \Delta t\] -> 5 . 12 . 10^{-6} . (150 - 50) = 0,00625 m \approx 3 mm\] Ex.7) lo = 50m aquecida 80°C \alpha = 20 . 10^{-6}\] . 50°C => \[\Delta t: 30\] => \[\Delta l: \alpha . 10 .\alpha . 50, \Delta t: 0,0250 m\] Ex.5) lo = 300m \alpha: 20°C/\alpha = \Delta l .\alpha . \Delta¡ = 0,0015 m=> 10 . Ex.X) \Delta = 80°C \Delta t: 55°C \Delta qo = 4 cm³ \beta = 2 . 10^{-6} \degree C^{-1} \] \[\Delta qo: \frac{4 .\alpha . 10^{-6} . 55} \approx \oauth 3,00300\] => 3,00 . 103cm³\] Ex.5b) \Delta t: 10, 10^{-6}\] \quad \Delta t: 20\] \[\Delta = sl: \Delta l \to \Delta\] is lo .\alpha . \Delta l\] = 100 .5, 10 1.5\] => \Delta t = to - \alpha .\alpha \] \Delta l // ft = \Delta t + to\] => \Delta t = 10 + 45\] => ft = \Delta t + to \to 45 + 10 = \Delta\] => \Delta s +\Delta li\] = \Delta t ft 10 -> 4,000 - 25°C\] Ex: 6 ϕ to .20°C t 1: 90°C L = 3,0 m to 20°C α = 3,2 . 10^-5 °C^-1 a) A dilatação no barra ΔL1: Lo . α . Δt = 3 . 3,2 . 10^-5 . (70-20) ΔL1 = 0,0048 ΔL = 0,10^-3 b) O comprimento final ΔL2 = Lf - Lo => Lf = ΔL + L o = 3 + 0,0048 3,0048 m Ex. 9 Um vaso volum de 20oocm^3 a 80°C forma cúbica a lo = 10.~°C³ Δl a lo = 10.°C Δlo = 10. ³ α = 3.10-5°C^-1 ΔV2 = Lo α Δt ΔLMP = 10. 10-5.100= 36 cm³ = 2036 cm³ ΔV1V= 10 A=A= 2000 3.0 10-5 100 + ΔL1V= 2006 valt taf) Δlo ΔV=L volume que se derrete - 30cm(°) Ex. 10 [__] I I l;2cm (2) I [__] 2cm Talo 1. . 2 cm d=5,10 mm vs vs s) Δtoi°C ΔL1, Lo αt) Δt 1o,^, o = A ΔL1= 2.10^.-5. 1= 0,00006 ΔL2= 1.10.10^-5 l = 0.0004