aula 3-calor

Aula 4 Calor, trabalho e primeira lei para sistemas

fechados

TERMODINMICA APLICADA BC 1309

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Reynaldo Palacios Bereche

Santo Andr 2013

Aula 03 Calor, Trabalho e Primeira Lei da Termodinmica para Sistemas

CalorDefinio

BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto

Meios de Transferncia de Calor

Conduo

Conveco

Radiao

TrabalhoDefinio

Diagrama P-v

1 Lei da TermodinmicaInterao entre

Calor

Trabalho e Energia Interna


Calor

Calor pode ser definido como a energia em trnsito

devido a uma diferena de temperatura entre dois

corpos


Calor

Conduo Trmica


Calor - Conduo

T1

T2

x

x

TAq

Lei de Fourier

dx

dTkAdq =

A

Condutividade trmica


Calor - Conveco

Tu

ST

Fludo

Superfcie

> TTS


Calor - Conveco

ST

Conduo: contato partcula de fludo com a superfcie

Adveco: movimento global de partculas de fludo

Conveco = Conduo + Adveco

u


Calor - Conveco

( )= TThAq s

Lei de Resfriamento de Newton

h: coeficiente de conveco

Caractersticas do fludo

Geometria

Tipo de escoamento

( )K.m/W 2

uma interao energtica entre um sistema e sua

vizinhana.

Trabalho

Consideraes

A energia pode cruzar as fronteiras de um sistema fechado na

forma de calor ou de trabalho

Se a energia que cruza a fronteira no calor, ento deve ser

trabalho

Trabalho uma interao energtica que no causada por

uma diferena de temperatura

Existem diferentes formas de trabalho: um pisto que

desloca, um eixo que rota, uma resistncia eltrica, de campo

gravitatrio, de uma mola que se estende....


Trabalho

F

x

=2

1

x

x

dxFW


Trabalho

x

F

A

A

FP = APF =

dxAdV =

=2

1

x

x

dxFW

=2

1

x

x

dxAPW

=2

1

V

V

dVPW


Trabalho

=2

1

V

V

dVPW

P

V

1

2

Graficamente


Trabalho

Processo a Presso Constante 21 PP =

=2

1

V

V

dVPW =2

1

V

V

dVPW

( )12 VVPW =


Trabalho

Processo Politrpico ctePVn =

=2

1

V

V

ndV

V

cteW =

2

1

V

V

nV

dVcteW

nV

cteP =

2

1

V

V

n1

n1

VcteW

=

=

n1

VVcteW

n1n112

=2

1

V

V

dVPW

n

22

n

11 VPVP =

n1

VPVPW 1122

=

( )1n


Trabalho

Processo Politrpico

V

cteP =

n = 1

=2

1

V

V

dVV

cteW=

2

1

V

V

dVPW

2211 VPVP =

( ) 21

V

VVlncteW =

=

1

211

V

VlnVPW


Conveno de Sinais e Unidades

Q ( - )

Q ( + )

W ( - )

W ( + )

Q

W[J] Joule


Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas

W

Q

Sistema Percorrendo um Ciclo

= WQ



Q

W

Calor lquido transferido durante o ciclo

Trabalho lquido transferido durante o ciclo



A

B

C

1

2



+=+1

2

B

2

1

A

1

2

B

2

1

A WWQQ

+=+1

2

C

2

1

A

1

2

C

2

1

A WWQQ

Considerando os processos A e B separadamente

e os processos A e C;

= WQPartindo de :

(1)

(2)



Subtraindo (2) de (1)

+=+1

2

C

2

1

A

1

2

B

2

1

A

1

2

C

2

1

A

1

2

B

2

1

A WWWWQQQQ

( ) ( ) =1

2

C

1

2

B WQWQ

Simplificando

A quantidade (Q - W) a mesma para qualquer processo



Define-se ento a propriedade Energia do Sistema (E).

dEWQ =

Equao da 1 Lei da Termodinmica para um Sistema



122121EEWQ =

Entre dois processos 1 e 2 quaisquer, escreve-se:

dt

dEWQ = &&

Considerando uma variao temporal temos:



EPECUE ++=

A Energia do sistema pode ser dividida em:

( )P,TU

2

mVEC

2

=

mgzEP =

Energia Interna (T,P)

Energia Cintica

Energia Potencial



( ) ( ) ( )122122122121 zzmgVVm2

1uumWQ ++=

Forma Geral da Equao da 1 Lei para Sistemas

Energia Interna Especfica (kJ/kg)

Calor e trabalho na primeira lei

A transferncia de calor uma das formas em que o sistema interatua

com o meio ambiente

Outra forma de interao por meio do trabalho.

O calor e o trabalho so fenmenos de fronteira, so identificados

nos limites do sistema, quando eles cruzam estes limites.

Calor e trabalho esto associados a um processo, no a um particular

estado do sistema.

Calor e trabalho dependem do caminho seguido no processo

A energia interna somente depende do estado da substncia que

constitui o sistema, ou seja, da sua presso, temperatura, etc.

Assim, o sistema possui energia interna (propriedade), mas no

possui calor e trabalho.

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