Calor e Trabalho. Definição de trabalho mecânico: produto escalar de uma força aplicada sobre um corpo ou sistema pelo deslocamento

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Calor e Trabalho. Definição de trabalho mecânico: produto escalar de uma força aplicada sobre um corpo ou sistema pelo deslocamento"

Ana Carolina Faro Canto
8 Há anos
Visualizações:

1 Calor e Trabalho Definição de trabalho mecânico: produto escalar de uma força aplicada sobre um corpo ou sistema pelo deslocamento W Fdx requerida a relação funcional entre força e trabalho Definição termodinâmica de trabalho: Trabalho é realizado por um sistema se o único efeito sobre os arredores possibilitar o levantamento de um peso Definição do sinal do trabalho: (+) W é o trabalho feito pelo sistema (sistema perde energia) (-) W é o trabalho feito sobre o sistema (sistema ganha energia)

realizado por um sistema se o único efeito sobre os arredores possibilitar o levantamento de um peso Definição do sinal do

2 Suponha um sistema composto por fluido cujos limites são adiabáticos (sistema isolado). Em (b), a polia gira pela ação da queda de um peso e, como consequência, ocorre o aquecimento do fluido no sistema isolado (aumenta a temperatura). Houve transferência de calor? Em (a), substituindo-se o sistema isolado por outra polia, fica claro que o único efeito externo da iteração dos dois sistemas seria levantar o peso; trata-se, portanto, de trabalho. Qualquer processo que envolve só iterações de trabalho é definido como processo adiabático.

temperatura). Houve transferência de calor?

3 Trabalho Abiabático: Energia Potencial O trabalho necessário para mudar a posição de um corpo: v v F mg. mg δ w ad r mg r dz ad adiabático Integrando: ± W m. g.( Z Z ) E ad E E W energia potencial gravitacional p ad p Temos então a energia potencial gravitacional, a qual é independente do processo realizado.

mg δ w ad r mg r dz ad adiabático Integrando: ± W m. g.

4 Trabalho adiabático: Energia Cinética O trabalho necessário para mudar a quantidade de movimento de um corpo: δ v F r ma v r dv m dt dv ( ) dt r ds r vdt v v v Wad m. vdt mv. dv Integrando: m ( v v W ) ad Εc Temos então a energia cinética, a qual é independente do processo realizado.

5 ( ) δ Wad du duniversidade mkt DE SÃO PAULO Trabalho adiabático: Energia interna O trabalho necessário para mudar a energia sensível de um corpo: A integração de forças de natureza microscópica (forças de fusão nuclear, forças eletrostáticas, forças de atração mássica, forças de inércia ) relacionadas a um Campo de Temperaturas na forma de energias associadas é chamada de energia interna (u) Supondo que a energia interna é apenas função da temperatura (gases): δ W ad du d ( m kt ) Integrando: ( ) Wad U mk T T

atração mássica, forças de inércia ) relacionadas a um Campo de Temperaturas na forma de energias associadas é chamada de

6 Portanto: Limite adiabático exclui qualquer iteração que não seja trabalho (isola o sistema). A lei de Newton combinada com o conceito de processo adiabático, permite obter as formas mecânicas da energia. energia total (E) de um sistema, será a somatória dos trabalhos adiabáticos realizados ou recebidos pelo sistema E total E interna + E cinética + E potencial + E eletrostática + E magnética +... O conceito de trabalho freqüentemente está relacionado a formas específicas de uma quantidade chamada energia.

energia total (E) de um sistema, será a somatória dos trabalhos adiabáticos realizados ou recebidos pelo sistema E total E

7 Interações entre Trabalho e Calor Trabalho realizado pela fronteira móvel de um sistema simples compressível em um processo quase-estático (composto por estados termodinâmicos de equilíbrio) O processo quase estático é um processo ideal e pode ser imaginado se retirarmos gradativamente pesos de massa infinitesimalmente pequena do pistão δw padl ou δw pdv É necessário conhecer a relação entre pressão e volume! Conceito importante: Trabalho só pode ser identificado nas fronteiras do sistema.

imaginado se retirarmos gradativamente pesos de massa infinitesimalmente pequena do pistão δw padl ou δw pdv É necessário

8 Considerando como sistema o gás, contido num cilindro com êmbolo, sofrendo um processo de compressão quase-estático: W δw pdv (-) Trabalho realizado sobre o sistema (+) Trabalho realizado pelo sistema Podemos visualizar o trabalho realizado como a área debaixo do processo

Trabalho realizado sobre o sistema (+) Trabalho realizado pelo

9 Verificamos através do gráfico acima que trabalho é função do caminho. Assim, trabalho é uma função de linha. Em outras palavras, δw é uma diferencial inexata. Propriedades termodinâmicas são funções de ponto, ou diferenciais exatas. Elas não dependem do δ caminho, ou seja: dv : é usado para diferenciais inexatas (como trabalho) d : é usado para diferenciais exatas (como volume) V V Para trabalho, escrevemos: W δ W W W

Propriedades termodinâmicas são funções de ponto, ou diferenciais exatas.

10 Há duas classes de problemas para a determinação de W pdv. Soluções gráficas, e. Relações funcionais entre p e V. Neste caso, um exemplo é o processo politrópico, onde: P V n cte Esta solução não é válida para n.

11 Trabalho em processos quase - estáticos realizados por gás ideal Processo isotérmico (Temperatura cte.): pv cte. p V p V cte. p v p v cte. cte w dv cte v w p v v v ln( / ) dv v RT

12 Processo isobárico (Pressão cte.): RT RT p p cte v v 0 pv cte. w cte dv p ( v v ). Qualquer processo realizado por um gás seja ideal ou não, pode ser representado por uma equação simples num diagrama p-v, isto é: n pv cte.

13 Portanto: Processo isotérmico(gás ideal): pv cte; n Processo isobárico(qualquer gás): pv cte; n 0 Processo isocórico(qualquer gás): pvºº cte; n 8

14 Problema ilustrativo Para o processo pv cte, uma compressão de gás é desenvolvida de uma pressão inicial de 00 kpa até uma final de 800 kpa. Se o volume específico inicial é 0, m 3 /Kg, (a) determine o trabalho por quilo de gás; (b) Avalie este problema graficamente (área sob a curva pressão-volume)

Se o volume específico inicial é 0, m 3 /Kg, (a) determine o trabalho por

Documentos relacionados

Vibrações Mecânicas. Vibração Livre Sistemas com 1 GL. Ramiro Brito Willmersdorf ramiro@willmersdorf.net

Vibrações Mecânicas. Vibração Livre Sistemas com 1 GL. Ramiro Brito Willmersdorf ramiro@willmersdorf.net Vibrações Mecânicas Vibração Livre Sistemas com 1 GL Ramiro Brito Willmersdorf ramiro@willmersdorf.net Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Pernambuco 2015.1 Introdução Modelo 1