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Universidade Santa Cecília – Santos / SP




CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Sistema termodinâmico:

• Demarcamos um sistema termodinâmico em função do que desejamos estudar 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.

TERMODINÂMICA





CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Sistema termodinâmico:

• Sistema Fechado - não há fluxo de massa através da fronteira.

• 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. )

TERMODINÂMICA





TERMODINÂMICA

SISTEMA FECHADO VOLUME DE CONTROLE





Fases, Estado e Propriedades de uma Substância

Uma massa de água pode ser inicialmente líquida, se tornar vapor após aquecida 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.

TERMODINÂMICA





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 observáveis; algumas das mais familiares 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.

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As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em:

Propriedade Extensiva - depende do tamanho ( extensão ) do sistema ou volume de controle.. Exemplo: Volume

Propriedade Intensiva - independe do tamanho do sistema. Exemplo: Temperatura, Pressão etc.

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Propriedade Específica - obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da substância. Uma propriedade específica é também uma propriedade intensiva do sistema.

Exemplos de propriedade específica:

Volume específico , v = V / m [m3/kg]

Energia Interna específica , u = U / m [kJ/kg]

onde: m é a massa do sistema, V o volume e Ué a energia interna do sistema.

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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.

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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

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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.

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Lei Zero da Termodinâmica

" Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilíbrio térmico entre si ".

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.

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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).

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O OC F

0100 0

32212 32

O OC F 59

32( )

Interpolando linearmente as escalas entrea referência de gelo fundente e areferência de vaporização da água temos:

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:

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Pressão

Relação entre força e a área normal ondeestá sendo aplicada a força.

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PA A

FAi

N

lim





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/s2, é a densidade do fluido manométrico, em kg/m3 ;L é a altura da coluna de líquido, em m (metros) .

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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 / cm3 sob a aceleração da gravidade padrão de 9,80665 m / s2

Uma atmosfera padrão = 760 mmHg =101325 Pascal = 14,6959 lbf / in2

1 Pa = 1 N / m2 = 1 kg . (m/s2) / m2 = 1 kg / (m.s2)

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Sistema Internacional de Unidades:

Massa: quilograma (kg)Comprimento: metro (m)Tempo: segundo (s)Força: newton (N)Energia: Joule (J)Potência: Watt (W)Temperatura: graus celsius (ºC)Temperatura absoluta: Kelvin (K)Pressão: Pascal (Pa)

1 bar = 105 Pa

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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.

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COMPORTAMENTO DAS SUBSTANCIAS PURASMudança de Fase Líquido – Vapor

[ Tsat = temperatura de saturação (mudança de fase) ]

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TERMODINÂMICA

DIAGRAMA TERMODINÂMICOtemperatura x volume específico





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DIAGRAMA TERMODINÂMICOpresão x volume específico





TERMODINÂMICA

Temperatura de saturação - temperatura na qual se dá a mudança de faselíquido - vapor de uma substância pura “a uma dada pressão”, chamada“pressão de saturação” .

Para cada pressão corresponde uma única temperatura de saturação (e vice-versa)

Líquido Saturado - Substância na fase líquida à temperatura e pressão desaturação.

Líquido Subresfriado - A temperatura do líquido é menor que a temperaturade saturação para a pressão existente.





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Vapor Saturado - Substância na fase vapor que está com a temperatura desaturação.

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 = mV / (mV + mL)

Umidade ( y ) : relação entre a massa de líquido pela massa total.

Matematicamente: y = mL / (mV + mL)

Notar que : y + x = 100%

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