Termodinamica_1

UNIP UNIVERSIDADE PAULISTA Interativa Fluidos e Termodinâmica Autores: Prof. Pedro José Gabriel Ferreira Profa. Thais Cavalheri dos Santos Profa. Iara Batista de Lima Prof. Túlio Cesarmicoli Vivaldini Prof. Arduino Francisco Lauricella Prof. Francisco Xavier Sevegnani Colaboradores: Profa. Thais Cavalheri dos Santos Prof. José Carlos Murilla Professores conteudistas: Pedro José Gabriel Ferreira / Thais Cavalheri dos Santos / Iara Batista de Lima / Túlio Cesarmicoli Vivaldini / Arduino Francesco Lauricella / Francisco Xavier Sevegnani Pedro José Gabriel Ferreira é bacharel em Engenharia de Controle e Automação, especialista em Ensino Superior e mestre em Engenharia de Produção pela Universidade Paulista (UNIP). Trabalhou com Engenharia nas áreas de mecatrônica, produção, manutenção de projetos de novos equipamentos na área de programaçao de tipo de superfície de petróleo (GLP). Conheceu os laboratórios da cursos do Instituto de Ciência Exatas e Tecnologia (ICEET) da UNIP, atuando no manuseio e desenvolvimento de tecnologias educacionais. Atualmente contratado é professor do curso de Engenharia da Universidade Paulista no campus Alphaville, São Vicente, Itaquera, presencial e cursos interativos a distância. É pesquisador do Grupo de Pesquisa em Ensino de Física para Engenharia (GPEFE), trabalhando com simulações nas novas tecnologias, se utiliza de conceitos, mecânica dos cursos padrão, tecnologias, ensino a distancia para simulações de testes práticos, nomeados pelo Física Solo Seeds United. Thaís Cavalheri dos Santos é bacharel em Física Médica Universidade de São Paulo (USP), com MBA em Educação e Metodologias de Ensino pela Pontifícia Universidade Católica do Programa de Física da Saúde da Universidade Estadual Paulista (UNESP), possui mais de vinte anos de experiência nas disciplinas Ensino de Física da Universidade de São Paulo (USP). Professora e pesquisadora do Grupo de Questões Interativas em Ensino de Física na UNIP, técnicas que utiliza na sala de aula metodologia na disciplina Interativa da UNIP. Este projeto questiona situações reais de sistemas e questões suaves de grandezas físicas dos diferentes estados de materiais, utilizando software. Colaboradora do projeto Tefoc (Tecnologia e Formação do Currículo), de modo que aprendem a interagir de forma a interconectar estudantes de diferentes regiões, utilizando técnicas para comunicação, técnicas de leitura de dados e cálculos. Este projeto fomenta a formação pedagógica com insumos de algoritmos, proporcionado ao aluno o conceito de física aplicada nas profissões mais prática junto a outros grandes temas da física aplicada que, com tecnologia aplicada aos estudos, desenvolvem situações práticas de ensino e de formação de habilidades, comando visual a dispositivos e gráficos de formação. Como moção na liderança universitária participantes e mais de 2 mil professores na Universidade Paulista a tecnologia e apresentação de dados. Iara Batista de Lima é bacharel em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do ABC, mestre pela Universidade Técnica de Lisboa, Portugal e doutora em Ciências - Ciência Tecnologia Nuclear - Adjetivações Por Universidade de São Paulo. Possui envolvimento em ligação na popularização do conhecimento físico, como estudos de casa, experimentos para ensino de Física Médica pela UNIP, ministrando disciplinas ligadas às física e mecânica dos fluídos. Pesquisadora do Grupo de Pesquisa em Ensino da Física para Engenharia (GPEFE). Trata com oficinas para estudantes muitas novas tecnologias e técnicas de desenvolvimento. Seus objetivos centrais estão relacionado a certos fatos e o largo espalhamento da ciência em técnicas no ensino superior da UNIP. Túlio Cesarmicoli Vivaldini é bacharel em Física pelo PUC-SP, mestre e doutor em Ciências - Tecnologia Nuclear - Aplicações pela USP. Participante de programas de formação docente do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen). É pesquisador do curso de Engenharia e líder de disciplinas típicas de Física Interativa da Universidade Paulista. Totaliza mais de 12 mil alunos no conteúdo temático do Google com aproximadamente 3.791 professores. Atuara também respondendo pelo Grupo de Pesquisa em Ensino de Física para Engenharia (GPEFE) da UNIP, atuando em bolsas de intercâmbio em congressos nacionais e internacionais com alunos, temas de atuação e conferências. Arduino Francesco Lauricella é engenheiro nuclear, mestre e doutor em Engenharia Nuclear pela USP. Atua nas disciplinas de Física Interativa de Fluídos especiais - Gás Hélio da UNIP, trabalha Gases, questiona a implementação por meios ópticos. Professor do ensino interdisciplinar de Física da UNIP. Francisco Xavier Sevegnani é técnico industrial em eletrônica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (Cefet/SC), bacharel em Engenharia Elétrica pela UNIP, mestre em Engenharia na Universidade de Campinas (UNICAMP) e doutor em Engenharia de Materiais na Universidade Estadual Paulista (UNESP). É professor do curso de Engenharia da UNIP, ministrando disciplinas ligadas às áreas de engenharia mediato e tecnologia nuclear. Coordena o Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da UNIP. Teve experiência como exames A Universidade Paulo Paulista. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) F387 Ferreira, Pedro José Gabriel. Fluidos e Termodinâmica / Pedro José Gabriel Ferreira, et al. - São Paulo: Editora Sol, 2018. 316 p. : il. Not.: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e Pesquisas da UNIP, Série Didática, 201X/V nº 2,2019/A ISBN 1517-9230. 1. Fluidos. 2. Termodinâmica. 3. Colaborador/a(es): L. Santos, Iara Cavalheri dos Santos, T. de Lima, Iara Batista de, Tulio Cesarmicoli, N. Lauricella, Arduino Francesco V.S. Sevegnani, Francisco Xavier. IV. Titulo. CDU 536 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou qualquer meio (eletrônico, mecânico, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem a prévia permissão escrita da Universidade Paulista. Prof. Dr. João Carlos Di Genio Reitor Prof. Fábio Romeu de Carvalho Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças Profa. Melânia Dalla Torre Vice-Reitora de Unidades Universitárias Prof. Dr. Yugo Okida Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Dra. Marilia Ancona-Lopez Vice-Reitora de Graduação Unip Interativa – EaD Profa. Elisabete Brihy Prof. Marcelo Souza Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar Prof. Ivan Daliberte Frugoli Material Didático – EaD Comissão editorial: Dra. Angelica L. Carlini (UNIP) Dra. Divane Alves da Silva (UNIP) Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR) Dra. Kátia Mossoro Alonso (UFMT) Dra. Valéria de Carvalho (UNIP) Apoio: Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos Projeto gráfico: Prof. Alexandre Ponzetto Revisão: Carla Moro Amanda Casale 5.2.3 Equação calorimétrica ............................................................. 188 5.2.4 Exemplos resolvidos ................................................................... 188 5.3 Gases Perfeitos ................................................................................... 194 5.3.1 Equação de energia interna ...................................................... 195 5.3.2 Equação de calor ......................................................................... 196 5.3.3 Equação de trabalho .................................................................. 196 5.3.4 Exemplos resolvidos ................................................................... 198 6 PRIMEIRA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA ..............205 6.1 Primeira lei da termodinâmica ...................................................... 205 6.1.1 Transformações termodinâmicas ........................................... 205 6.1.2 Transformações cíclicas ............................................................. 212 6.1.3 Exemplos resolvidos ................................................................... 213 6.2 Máquinas térmicas ............................................................................. 235 6.2.1 Motor diesel .................................................................................. 237 6.2.2 Exemplos resolvidos ................................................................... 239 6.3 Ciclo de Carnot:.................................................................................. 245 6.3.1 Exemplos resolvidos ................................................................... 249 6.4 Segunda lei da termodinâmica ....................................................... 260 6.4.1 Teorema de Carnot ...................................................................... 261 6.4.2 Exemplos resolvidos ................................................................... 261 Unidade III 7 ROTEIROS EXPERIMENTAIS – FLUIDOS ..............................................271 7.1 Picnômetro líquido ............................................................................. 271 7.1.1 Objetivos ......................................................................................... 272 7.1.2 Introdução teórica....................................................................... 272 7.1.3 Material utilizado ......................................................................... 275 7.1.4 Procedimento experimental ....................................................... 275 7.1.5 Relatório Experimental – Picnômetro líquido .......................... 276 7.2 Picnômetro sólido .............................................................................. 278 7.2.1 Objetivos ......................................................................................... 279 7.2.2 Introdução teórica....................................................................... 279 7.2.3 Material utilizado ......................................................................... 281 7.2.4 Procedimento experimental ....................................................... 282 7.2.5 Roteiro Experimental – Picnômetro Sólido ............................... 283 7.3 Viscosímetro de stokes..................................................................... 286 7.3.1 Objetivos ......................................................................................... 286 7.3.2 Introdução teórica....................................................................... 286 7.3.3 Material utilizado ......................................................................... 288 7.3.4 Procedimento experimental ....................................................... 289 8 ROTEIROS EXPERIMENTAIS – TERMODINÂMICA ................................................293 8.1 Calor específico dos sólidos ............................................................. 293 8.1.1 Objetivo.......................................................................................... 293 8.1.2 Introdução teórica....................................................................... 293 8.1.3 Material utilizado ......................................................................... 295 8.1.4 Procedimento experimental ....................................................... 296 8.1.5 Roteiro Experimental – calor específico dos sólidos ........... 296 8.2 Dilatação térmica dos sólidos ......................................................... 298 8.2.1 Objetivos ......................................................................................... 298 8.2.2 Introdução Teórica ...................................................................... 298 8.2.3 Material utilizado ......................................................................... 299 8.2.4 Procedimento experimental ....................................................... 300 8.2.5 Roteiro Experimental – Dilatação térmica dos sólidos ............ 301 APRESENTAÇÃO Os tópicos abordados na disciplina Fluidos e Termodinâmica estão divididos em três unidades. Primeiramente, abordaremos os princípios referentes à física dos fluidos; suas propriedades, as características vinculadas à estática dos fluidos e funcionamento dos principais medidores de pressão. Os fenômenos relacionados ao movimento, escoamento e tipos de vazões dos fluidos serão explicitados. Ainda, de acordo com o movimento de um fluido, serão estudadas a equação da continuidade e as energias associadas a um fluido. Sequencialmente, priorizaremos o estudo dos fenômenos termodinâmicos. Começaremos com princípios fundamentais de temperatura e calorimetria e, em continuidade, serão desenvolvidos os conceitos das leis zero, primeira e segunda da termodinâmica. Para finalizar o estudo termodinâmico, os conceitos de máquinas térmicas e ciclo de Carnot complementarão a teoria. Por fim, apresentaremos a física envolvida em cada experimento proposto a fim de explorar na prática os temas dessa disciplina. Como proposta, os experimentos de Picnômetro Líquido e Sólido, Viscosímetro de Stokes, Calor Específico e Dilatação Térmica dos Sólidos serão desenvolvidos e estudados por meio de roteiros experimentais específicos e detalhados. Para o bom entendimento do conteúdo, este livro-texto apresenta exemplos resolvidos, testes, exemplos de aplicação e indicação de conteúdos complementares ao estudo do aluno.