Universidade Federal do ABC ESTO010-13 Termodinâmica Aplicada I Prof. Dr. Gilberto Martins Gilberto.martins@ufabc.edu.br Bloco A, Torre 1, 6 o andar, sala 636
Conteúdo Conceitos Básicos: Sistema e Volume de Controle Estado Termodinâmico Propriedades Termodinâmicas Processos Ciclos Equilíbrio Termodinâmico Lei Zero da Termodinâmica Temperatura e suas escalas Sistema Internacional
Termodinâmica Termodinâmica: estuda as relações entre as transferências de energia de e/ou para um sistema e as mudança em suas propriedades: temperatura, pressão, volume, etc. A Termodinâmica é um ramo da física e também uma ciência da engenharia. O interesse da engenharia é estudar os sistemas e como eles interagem com o meio, para isso estende-se o conceito de sistema, incluindo aqueles através dos quais há fluxo de massa. O objetivo da engenharia é obter projetos otimizados e melhor desempenho e eficiência, além de menor impacto ambiental.
Conceitos básicos Sistema: quantidade de matéria que fixaremos a atenção para análise. Meio ou vizinhança: tudo que não é o sistema. Fronteira: superfície imaginária e imaterial que separa o sistema do meio. Sistemas podem ser: Isolados: não trocam energia nem matéria com o meio; Fechados: trocam apenas energia com o meio; Abertos (ou volume de controle): trocam energia e massa com o meio
Classifique em Sistema ou Volume de Controle: A) O planeta Terra; B) um chuveiro ligado; C) uma panela de pressão operando; D) o hélio contido em um balão de festa; E) uma bomba centrífuga operando.
Conceitos básicos Utilizaremos a visão macroscópicas da Termodinâmica (clássica), para a qual é importante o conceito de meio contínuo. Estado termodinâmico: caracterizado por um certo número de propriedades macroscópicas. Para um sistema simples compressível, bastam 2 propriedades intensivas para caracterizar um estado. Propriedades: características macroscópicas mensuráveis da matéria, que independem da história do sistema, são assim funções ou variáveis de estado.
Conceitos básicos As propriedades podem ser: Extensivas: volume, energia, etc. que são proporcionais à massa ou nº de moles. Intensivas: pressão, temperatura, etc. que independem do tamanho do sistema. As propriedades extensivas podem ser transformadas em intensivas dividindo-as por unidade de massa ou em base molar (propriedades específicas). Fase: quantidade de matéria totalmente homogênea em termos de composição química e estrutura física (sólido, líquido, vapor).
Conceitos básicos Algumas da propriedades intensivas mais importantes são: Pressão: Pabs = Pman + Patm p lim A A F normal A Volume específico: v lim V V V m
Processos termodinâmicos Processo: seqüência de estados pelos quais passa um sistema enquanto troca energia com o meio. Alguns processos peculiares: Isobárico (p = cte) Isocórico (V = cte) Isotérmico (T = cte) Adiabático (não há troca de calor envolvida)
Ciclo Termodinâmico Ciclo: seqüência de processos cujo estado final coincide com o inicial. Corolário: Ao final de um ciclo, as propriedades possuem o mesmo valor que tinham inicialmente.
Equilíbrio Termodinâmico Um sistema isolado ou dois sistemas em contato, após algum tempo, tendem à estabilizar-se em um estado no qual existe uniformidade de temperatura. Este é o chamado equilíbrio térmico. Dependendo se os sistemas trocam apenas calor ou também massa, também são necessárias outras condições para o equilíbrio termodinâmico: Equilíbrio químico, de fases, mecânico, etc. A evolução para o estado de equilíbrio ocorre através de processos irreversíveis.
Equilíbrio Térmico Dois corpos em contato térmico trocam calor, fazendo variar suas propriedades até que entrem em equilíbrio térmico: suas propriedades assumem valores fixos e suas temperaturas são iguais e uniformes.
Lei Zero da Termodinâmica Lei Zero: Se cada um dos corpos, A e B estiver em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, eles estarão em equilíbrio térmico um com o outro. Dois corpos em equilíbrio térmico estão à mesma temperatura. A=T e B=T => A = B
Termômetros Utizando a lei zero, podemos nos valer de qualquer substância cujas propriedades variem de forma facilmente mensurável com a temperatura (volume de um líquido, comprimento de um sólido, resitência elétrica de um condutor,etc ) e o calibramos através da medição do valor da propriedade quando em contato térmico com dois fenômenos que possam ser facilmente reproduzidos (ponto de congelamento e ponto de ebulição da água, p. Exemplo). Divide-se então o intervalo entre os valores medidos em um número de partes iguais. (100 no caso da escala Celsius ou centígrada).
Escalas de Temperatura Escala Celsius: 0º C - ponto de fusão da água. 100º C - ponto de ebulição da água. Escala Fahrenheit: 32º F - ponto de fusão da água. 212º F - ponto de ebulição da água. Diz-se: 32ºC (trinta e dois graus Celsius) 32ºF (trinta e dois graus Fahrenheit) 32 K (trinta e dois Kelvin)
Conversões Celsius e Kelvin T(K) = T( C) + 273
Unidades Básicas do SI Quantidade Básica Nome da Unidade Símbolo Massa kilograma kg Comprimento metro m Tempo segundo s Temperatura kelvin K