Transcript Termodinâmica Bibliografia Notas de Aula: “Fundamentals of Thermodynamic” Borhnakke e Sonntag. 7

Termodinâmica
Notas de Aula: “Fundamentals of Thermodynamic”
Borhnakke e Sonntag. 7ª edição (2009)
Bibliografia
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Borgnakke, C e Sonntag, R.:“Fundamentals of Thermodynamic” 7ª edição .
Ed. John Wiley (2009)(Livro Texto).
Wylen, G.V.: “Fundamentos da Termodinâmica Clássica” 6a edição
Ed. Edgard Blucher. (2204)
Sonntag, R.e Borgnakke, C. “Introdução a Termodinâmica para Engenharia”.
Ed. LTX (2003)
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Termodinâmica
I- Ementa
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Apresentação da disciplina.
Alguns conceitos e definições
termodinâmicas.
Energia, Pressão e Temperatura.
A lei zero da termodinâmica.
Propriedades de uma substância pura.
Trabalho e Calor.
A primeira lei da termodinâmica.
Propriedades da termodinâmica: entalpia e
energia interna.
Aplicações da 1ª Lei da Termodinâmica à
engenharia.
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Planta de uma Usina Térmica: etapas
• Vapor superaquecido deixa a caldeira e entra na
turbina;
• O vapor se expande
realiza trabalho para
o gerador elétrico;
• O vapor agora c/ pressão mais baixa dentro da
turbina, passa para o condensador onde existe a
transferência de calor do vapor para as paredes
resfriadas do condensador;
• A pressão do sistema (L+V) que deixa o
condensador é aumentada pelas bombas e o ciclo
recomeça.
*Palavras em vermelho: significado termodinâmico!
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1. Alguns conceitos e definições
•
Sistema termodinâmico: é uma parte do universo que se
deseja estudar.
•
Vizinhanças é a parte do universo vizinha do sistema onde
fazemos as observações e medida.
•
fechado
Tipos de sistemas:
aquele sistema que não permite troca de matéria
entre ele e suas vizinhanças;
aquele sistema que permite a entrada/saida de
matéria de/para seu interior;
aquele sistema que não tem contato mecânico, nem
térmico com suas vizinhanças.
aberto
isolado
Sala de aula: utilizando planta da usina térmica, determine pelo menos
três tipos de sistemas, aponte quem são suas vizinhanças e
classifique os de acordo com seus tipos.
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1. Alguns conceitos e definições
• Visão macroscópica vs visão microscópica
-
Um sistema pode ser investigado
microscopicamente
macroscopicamente
O que significa em termos termodinâmicos?
Exemplo:
Contendo 1030 átomos
Gás monoatômico Para descrever posição de cada átomo: 3 coordenadas!
Para descrever velocidade de cada átomo: 3 componentes de v!
paredes = vizinhanças
Tratamento estatístico
(usado em Teoria Cinética
e mecânica
estatística)
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Total de equações: 6x1030 equações!!!!
SAÍDA
Reduzir o número de variáveis
(termodinâmica clássica)
•
em termodinâmica o termo macroscópico
preocupa-se em descrever os efeitos médios de todas as
moléculas
os efeitos podem ser
o sistema é considerado contínuo!
percebidos por nossos órgãos de sentido
medidos por instrumentos
• Conclusão: a base da termodinâmica clássica desconsidera o efeito
individual de cada molécula ou átomo (sistema contínuo)!
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Propriedades e estado de uma substância
•
Consideremos um fato:
uma dada massa de água ela pode se encontrar de várias formas :
pode ser líquida, depois tornar-se vapor se aquecida e sólida se
resfriada!
Ou seja: diferentes fases!!
Fase: uma dada quantidade de matéria
que se encontra homogeneamente
distribuída!
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Propriedades e Estado de uma substância
Cada fase pode existir em várias pressões e temperaturas
linguagem termodinâmica
EM VÁRIOS ESTADOS
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Propriedades e Estado de uma substância
O estado de um sistema pode ser descrito ou identificado
Por certas propriedades macroscópicas observáveis como: T, p e densidade
Toda propriedade de uma substância em um dado estado tem definido
apenas um e somente um valor!!!
Tipos de propriedades termodinâmicas:
intensiva
e
extensiva
Independe da quantidade
de massa do sistema
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depende da quantidade da massa
do sistema
Aplicando o tratamento da
termodinâmica clássica
• propriedades de uma substância são
as próprias propriedades do sistema
quando
O sistema estiver em equilíbrio
Tipos: equilíbrio térmico
equilíbrio mecânico
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temperatura
pressão
Tipos de propriedades
• Intensiva: pressão,p, temperatura, T e
densidade, ρ.
• Extensiva: massa e volume total, V
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Processos e Ciclos
• Um dado sistema em um dado estado
definido por suas propriedades, p. ex: p, T
eV
• Sair de um estado 1 para estado 2
significa modificar algumas propriedades
iniciais para novos valores que irão agora
descrever o estado final.
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Processos e Ciclos
• os caminhos sucessivos de estados
que o sistema passa para sair do
estado 1
para o estado 2
chamado de processo.
• Se o sistema então retorna ao estado 1,
estado inicial diz que: sofreu um ciclo.
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Pergunta:
• Se por definição as propriedades só
descrevem o estado do sistema se este
estiver no equilíbrio
• Como poderemos descrever os estados
do sistema durante um processo?
resposta
Processo Ideal
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quase-equilibrio
Revisão: definições
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Sistema e vizinhança
Tipos de sistema
Fase
Propriedades
Tipos de propriedades: intensiva e extensiva
Estado
Processos e Ciclos
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Unidades para M, L, t e F
• Força, massa, comprimento e tempo estão
relacionados com a segunda lei de Newton:
F α m.a
• m em kg
em termodinâmica ---- MOL
• F em N = kg m/s2.
• diferença entre Peso e Massa:
peso é uma força
peso varia com a
elevação mas massa não!
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Unidades
Sistema SI (sistema internacional):
• tempo em segundos (s)
• comprimento em metros (m)
• massa em kilograma (kg)
• Força em Newton, N onde 1N=1 kg/s2
Sistema Inglês de Engenharia:
• tempo em segundos
• comprimento em pés (ft) onde 1ft=0,305 m ou em polegadas (in)
onde 12 in = 1 ft
• massa é em pounds massa (fala-se) mas escreve-se em libra (lbm)
onde 1lbm = 0,4536 kg
• Força é pounds força (lbf) onde 1 lbf = 32,174 lbm ft/s2
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Websites úteis para conversões*
• Em português: visite o website do
INMETRO.Para itens muito especializados:
http://n93.cs.fiu.edu/measures.
*http://www.duvekot.com/eua052p.php
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Exercícios
• Utilizando a figura da planta de uma usina térmica faça um
círculo em 04 diferentes tipos de sistemas e liste o fluxo de
massa e energia que entra e sai de cada um (se existir) e
qualquer armazenamento de energia.
•
Um cilindro de aço de 300 cm de comprimento contém 4 dL de água a 25oC sob uma
pressão de 200 kPa. Ache a massa total do sistema e o volume do cilindro. Liste 2
propriedades intensivas e extensivas da água.
• Determine o peso de uma corpo de massa de 50 lbm situado
em uma altitude onde a aceleração da gravidade é 9,75 m/s2.
•
Qual o peso de uma massa de 1 lbm em altitude com g=32
ft/s2?
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