Slide - Introdução - Conceitos e Fundamentos - Termodinâmica - 2023-2

1.2 Conceitos e Fundamentos ZEA0466 – Termodinâmica - FZEA/USP Profa Izabel C. F. Moraes Leitura prévia: cap1. Cengel & Boles. Termodinâmica. Ed McGraw Hill. Material complementar: https://www.youtube.com/watch?v=U78gbTLeogg ou https://www.youtube.com/watch?v=yPa1u7UMguE&list=PLmho8Rcnd60fFdZ1oItM7_lt43L4Po8Fi Sistemas termodinâmicos Sistemas Sistema Fechado Sistema Aberto Volume de controle = Quantidade de matéria ou região no espaço selecionada para estudo Região arbitrária no espaço Fig. 1.20 Fig. 1.21. Um sistema fechado Com fronteira móvel Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Fig. 1.22. Um volume de controle pode Conter fronteiras fixas, móveis, reais e imaginárias Fig. 1.23 Fronteira: superfície real ou imaginária que separa o sistema de sua vizinhança Sistemas termodinâmicos Sistema aberto ou Volume de controle (Compressor, Trocador de calor) Sistema Fechado (pistão com gás, Processo de expansão) Sistema Isolado Calor (Q) trabalho (W) energia em trânsito Não Isolado • Fronteira diatérmica: permite mudança de estado • Fronteira adiabática: NÃO permite mudança de estado para corpos em diferentes T colocados em contato A fronteira pode ser: Rígida vs móvel Adiabática vs diatérmica Permeável vs impermeável energia em trânsito Calor (Q) Trabalho (W) Fase e substância pura FASE Fase : consiste numa quantidade de matéria que é homogênea tanto em composição química quanto em estrutura física Substância pura : é aquela cuja composição química é uniforme e invariável. Nesse contexto uma mistura uniforme de gases pode ser vista como uma substância pura desde que ela se mantenha como um gás e não reaja quimicamente. Homogêneos Heterogêneos representação de uma amostra de ar https://pt.wikipedia.org/wiki Propriedades de um sistema Propriedades intensivas Propriedades extensiva São independentes da massa de um sistema. Não são aditivas Exemplos: T, P e massa específica Dependem do tamanho – ou extensão do sistema. São aditivas Exemplos: massa, volume e energia cinética São grandezas físicas/físico-químicas usadas para caracterizar um sistema Propriedade específica Propriedades extensiva por unidade de massa. Exemplo: volume específico (v, unidades no SI: m3/kg) (Notação: letra minúscula) Estado termodinâmico é a condição física de um sistema descrita pelas atribuições de valores às suas propriedades em um determinado instante. Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Função de estado Não depende do caminho da transformação. Depende apenas do ponto específico (conjunto das propriedades. Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Equilíbrio termodinâmico Não existe potenciais desbalanceados (ou forças motrizes (FM)) dentro do sistema. As transformações macroscópicas não variam com o tempo Um sistema em equilíbrio não passa por mudanças quando é isolado de sua vizinhança! mecânico térmico De fase químico Equilíbrio FM: relacionada à pressão FM: temperatura Sistema com 2 fases - FM: quando a massa de cada fase atinge um equilíbrio FM: a composição química Não muda com o tempo Fase – região que apresenta as mesmas propriedades intensivas https://www.youtube.com/watch?v=TgHsSTnMHa0 Equilíbrio termodinâmico e quase-equilíbrio Quasi-Equilibrium and Thermodynamic Equilibrium Quando um sistema atinge o equilíbrio termodinâmico?????? é a trajetória descrita pelos sucessivos estados de um sistema que sai de uma condição de equilíbrio rumo à outra. Processos Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) TIPOS DE PROCESSOS Contínuo Estado estacionário?????? Regime transiente?????? batelada Processo em regime permanente (ou estado estacionário) As propriedades extensivas e intensiva do volume de controle, não variam com o tempo, entretanto pode variar espacialmente Processos ISOTÉRMICO ISOBÁRICO ISOMÉTRICO 1 2 V1 V2 T2 T1 um sistema em um dado estado inicial experimenta uma série de processos ao final do qual ele retorna ao estado inicial, temos um ciclo termodinâmico. O sistema saiu do estado 1 e sofreu uma série de processos até retornar novamente ao ponto 1, então, o sistema apresentará as mesmas propriedades iniciais CICLOS Exemplo: ciclo de refrigeração • MASSA MOLAR (MOLECULAR) • CONCENTRAÇÃO MOLAR (MOLARIDADE) • MOLALIDADE • FRAÇÃO MOLAR • FRAÇÃO MÁSSICA Variáveis de processo MASSA PRESSÃO (P) TEMPERATURA (T) • Substância pura: é invariável em composição química • Quantidade de substância: p.ex., número de moles (n) A F P = Conceito?? ??? F: força A: área de seção transversal Escalas ➢ Escala termodinâmica de T ou escala absoluta ✓ kelvin (K) – SI ✓ Rankine (°R) – Sistema Inglês ➢ Escala comum ✓ Celsius (°C) – SI ✓ Fahrenheit (°F) – Sistema Inglês Escalas de Temperatura: Fonte: brasilescola.uol.com.br Se A está em equilíbro térmico com B, e B está em equilíbrio térmico com C, A está em equilíbrio térmico com C. T é a propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio térmico com outros corpos Lei ZERO da termodinâmica Escalas de Pressão: Pressão absoluta Pressão manométrica; pressão de vácuo Qual a importância de entender esses conceitos e como eles se relacionam com os objetivos práticos da Termodinâmica de Engenharia? Fluido refrigerante Obrigada!!!! Cuidem-se!!!!!!