TERMODINÂMICA CONCEITOS FUNDAMENTAIS. Sistema termodinâmico: Demarcamos um sistema termodinâmico em. Universidade Santa Cecília Santos / SP

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1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Sistema termodinâmico: Demarcamos um sistema termodinâmico em Universidade função do que Santa desejamos Cecília Santos estudar / SP termodinamicamente. Tudo que se situa fora do sistema termodinâmico é chamado meio ou vizinhança. É demarcado através de uma FRONTEIRA que pode ser móvel, fixa, real ou imaginária. CONCEITOS FUNDAMENTAIS Sistema termodinâmico: Sistema Fechado - não há fluxo de massa Universidade através Santa da fronteira. Cecília Santos / SP Volume de Controle - ocorre fluxo de massa através da fronteira. Sistema Isolado - não existe qualquer interação entre o sistema termodinâmico e a sua vizinhança. (não ocorre fluxo de calor, massa, trabalho etc. )

2 SISTEMA FECHADO VOLUME DE CONTROLE Fases, Estado e Propriedades de uma Substância Uma massa de água pode ser inicialmente líquida, Universidade se tornar Santa vapor Cecília após Santos aquecida / SP ou sólida quando resfriada, ou seja, a água pode existir em diferentes fases. Uma fase é definida como uma quantidade de matéria totalmente homogênea; quando mais de uma fase está presente, as fases se acham separadas entre si por meio dos contornos das fases.

3 Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas ou, usando a terminologia da termodinâmica, em vários estados. O estado pode ser identificado ou descrito por certas propriedades macroscópicas Universidade observáveis; Santa algumas Cecília das Santos mais / familiares SP são: temperatura, pressão, volume, etc. Cada uma das propriedades de uma substância tem sempre o mesmo valor para um dado estado, independente da forma pela qual a substância chegou a ele. A propriedade depende do estado do sistema e é independente do caminho pelo qual o sistema chegou ao estado considerado. As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em: Propriedade Extensiva - depende do Universidade tamanho Santa ( extensão Cecília ) do Santos sistema / SP ou volume de controle.. Exemplo: Volume Propriedade Intensiva - independe do tamanho do sistema. Exemplo: Temperatura, Pressão etc.

4 Propriedade Específica - obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da substância. Uma propriedade específica é também uma propriedade intensiva do sistema. Exemplos Universidade de propriedade Santa Cecília específica: Santos / SP Volume específico, v = V / m Energia Interna específica, u = U / m [m 3 /kg] [kj/kg] onde: m é a massa do sistema, V o volume e U é a energia interna do sistema. Mudança de Estado Quando qualquer propriedade do sistema é alterada houve uma mudança de estado no sistema termodinâmico. Processo É a maneira como ocorre a mudança de estado, definida pela sucessão de estados através dos quais o sistema passa.

5 Exemplos de processos: - Processo Isobárico pressão constante - Processo Isotérmico temperatura constante - Processo Isocórico ( isométrico ) volume constante - Processo Isoentálpico entalpia constante - Processo Isoentrópico entropia constante - Processo Adiabático sem transferência de calor Ciclo Termodinâmico - Quando um sistema (substância ) passa por certo número de mudança de estados e retorna ao estado inicial, o sistema executa um ciclo termodinâmico. Observar a diferença entre ciclo termodinâmico e ciclo mecânico. Um motor de combustão interna de quatro tempos executa ciclos mecânicos. Entretanto o fluido de trabalho não percorre um ciclo termodinâmico dentro do motor.

6 Lei Zero da Termodinâmica " Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilíbrio térmico Universidade entre si Santa ". Cecília Santos / SP Quando dois corpos tem a mesma temperatura dizemos que estão em equilíbrio térmico entre si. A lei zero da termodinâmica é aplicada nos medidores de temperatura, os TERMÔMETROS. Temperatura está associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas. Escalas de Temperatura Temperatura zero absoluto: todos os átomos e moléculas estão no estado fundamental (estacionário).

7 Escreva a relação entre graus Celsius ( ºC ) e Fahrenheit ( ºF ) Solução: Considere-se a escala dos dois Termômetros, Celsius e Fahrenheit como mostrado na figura: Interpolando linearmente as escalas entre a referência de gelo fundente e a referência de vaporização da água temos: O O C 0 F O 5 C 9 O ( F 32) lim P i A A FN A Pressão Relação entre força e a área normal onde está sendo aplicada a força.

8 Leituras de pressão obtidas com um manômetro em U contendo como fluido manométrico: água, mercúrio, Alcool: Onde: g é a aceleração da gravidade, em m/s 2, é a densidade do fluido manométrico, em kg/m 3 ; L é a altura da coluna de líquido, em m (metros). OBS. A pressão atmosférica padrão é definida como a pressão produzida por uma coluna de mercúrio exatamente igual a 760 mm sendo a densidade do mercúrio de 13,5951 gm / cm 3 sob a aceleração da gravidade padrão de 9,80665 m / s 2 Uma atmosfera padrão = 760 mmhg = Pascal = 14,6959 lbf / in 2 1 Pa = 1 N / m 2 = 1 kg. (m/s 2 ) / m 2 = 1 kg / (m.s 2 )

9 Sistema Internacional de Unidades: Massa: quilograma (kg) Comprimento: metro (m) Tempo: segundo (s) Força: newton Universidade (N) Santa Cecília Santos / SP Energia: Joule (J) Potência: Watt (W) Temperatura: graus celsius (ºC) Temperatura absoluta: Kelvin (K) Pressão: Pascal (Pa) 1 bar = 10 5 Pa COMPORTAMENTO DAS SUBSTANCIAS PURAS Substância pura: tem composição química invariável e homogênea. Pode existir em mais de uma fase, mas a sua composição química é a mesma em todas as fases. Exemplo: água líquida e vapor d'água ou uma mistura de gelo e água líquida são todas substância puras; cada fase tem a mesma composição química.

10 COMPORTAMENTO DAS SUBSTANCIAS PURAS Mudança de Fase Líquido Vapor [ Tsat = temperatura de saturação (mudança de fase) ] DIAGRAMA TERMODINÂMICO temperatura x volume específico

11 DIAGRAMA TERMODINÂMICO presão x volume específico Temperatura de saturação - temperatura na qual se dá a mudança de fase líquido - vapor de uma substância pura a uma dada pressão, chamada pressão de saturação. Para cada pressão corresponde uma única temperatura de saturação (e viceversa) Líquido Saturado - Substância na fase líquida à temperatura e pressão de saturação. Líquido Subresfriado - A temperatura do líquido é menor que a temperatura de saturação para a pressão existente.

12 Vapor Saturado - Substância na fase vapor que está com a temperatura de saturação. Vapor Úmido Mistura de líquido e vapor saturados Vapor Saturado seco Presença somente de vapor saturado (sem mistura de líquido saturado) Vapor Superaquecido - Vapor com temperatura maior que a temperatura de saturação. Título ( x ) - Definido para substâncias que se encontram na saturação (parte líquida e parte vapor). É a relação entre a massa de vapor pela massa total, isto é, massa de líquido mais a massa de vapor. Matematicamente: x = m V / (m V + m L ) Umidade ( y ) : relação entre a massa de líquido pela massa total. Matematicamente: y = m L / (m V + m L ) Notar que : y + x = 100%