1-1 Sistema e volume de controle
a. Sistema Termodinâmico
Um
sistema termodinâmico é uma quantidade fixa de
matéria contida em algum volume fechado (sistema fechado).
Tudo o que é externo é a vizinhança e as
fronteiras do sistema podem ser móveis ou fixas.
Calor e trabalho podem cruzar a fronteira do
sistema, mas a matéria é sempre a mesma.
b. Volume de Controle:
Volume de controle é
um volume no espaço para o qual ou do qual uma
substância escoa. É um volume especificado
em torno de um equipamento em consideração,
através do qual ocorre transferência de massa.
Massa, assim como calor e trabalho, pode
atravessar a superfície de controle.
c- Composto por uma quantidade de matéria
com massa e identidade fixas; apenas calor e
trabalho podem cruzar a fronteira do sistema.
d. Volume de controle (sistema aberto)
Þ vazão
mássica
- massa, assim como calor e trabalho, pode
atravessar a superfície de controle
1.2 Ponto de vista macroscópico e microscópico.
a. Ponto de vista microscópico: teoria
cinética e mecânica estatística. A pressão que um
gás exerce nas paredes de um recipiente é
resultante da mudança na quantidade de movimento
da moléculas quando estas colidem com as paredes.
b. Ponto de vista macroscópico:
termodinâmica clássica macroscópica. A pressão é a
força média em relação ao tempo, exercida pelas
moléculas, que atua sobre uma certa área e que
pode ser medida com um manômetro.
Obs.: tal observação macroscópica baseia-se
na hipótese do contínuo, ou seja, ela é
continuamente distribuída em toda a região de
interesse. Tal postulado permite-nos descrever um
sistema ou volume de controle usando poucas
propriedades mensuráveis macroscopicamente.
1.3 Estado e propriedades de uma substância.
a. Em cada fase (líquido, sólido ou
gasoso), a substância pode existir à várias
pressões e temperaturas ou, usando a terminologia
termodinâmica, em vários estados.
b. Propriedade termodinâmica: qualquer
grandeza que depende do estado do sistema e é
independente do caminho. Matematicamente:
1º. Propriedade Intensiva:
é aquela que não
depende da massa de um sistema; temperatura,
pressão, densidade e velocidade são exemplos, uma
vez que elas são as mesmas para todo o sistema ou
para partes dele. Se colocarmos dois sistemas
juntos, suas propriedades intensivas não são
somadas.
2º. Propriedade Extensiva:
é aquela que depende
da massa do sistema; massa, volume, quantidade de
movimento e energia cinética são exemplos. Se dois
sistemas são colocados juntos, a propriedade
extensiva do novo sistema é a soma das
propriedades extensivas dos dois sistemas
originais.
3º. Equilíbrio Termodinâmico: quando um
sistema está em equilíbrio em relação a todas as
possíveis mudanças de estado. O termo estado
estará sempre fazendo referência a um estado de
equilíbrio, ou seja, a uma igualdade de forças
(equações mecânicas), ou a um sistema não reagente
(equilíbrio químico) ou, ainda, a uma igualdade de
temperatura (equilíbrio térmico). O equilíbrio
termodinâmico implica em três espécies de
equilíbrio: o químico, o térmico e o mecânico.
Alguns exemplos de equilíbrio:
- Térmico/Mecânico: relacionado com temperatura e
pressão;
- Equilíbrio de fases: relacionado com a tendência
de não se ter transferência de uma espécie química
de uma fase para outra;
- Equilíbrio químico: indica tendência de não
ocorrer reação química.
1.4 Processos e ciclos.
a. Processo: É o resultado de uma sucessão
contínua de estados de equilíbrio de um sistema.
Um processo é iniciado num estado de equilíbrio e
termina em outro.
b. Processo quase-equilíbrio: é um processo
ideal, onde o desvio do equilíbrio termodinâmico é
infinitesimal.
Lista de processos com suas respectivas
propriedades que permanecem constantes:
c. Ciclo termodinâmico: quando um sistema,
em um dado estado inicial, passa por um certo
número de mudanças de estado e finalmente retorna
ao estado inicial; ex.: água circulando numa
instalação termoelétrica
1.5 Unidades.
A Segunda Lei de Newton, F = ma, relaciona a força resultante agindo sobre um corpo à massa e aceleração do corpo. Se uma força de um newton acelera uma massa de um quilograma a 1 m/s2 e uma força de 1 lbf acelera 32,2 lbm (1 slug) a uma taxa de 1 ft/s2, como essas unidades são relacionadas?
Solução
As unidades são relacionadas por referência à
Segunda Lei de Newton, F = ma,
Exemplo 1.2
Expresse a energia cinética (mV2/2) em
termos aceitáveis se (a) m = 10 kg, V = 5 m/s
e (b) m = 10
lbm, V = 5 ft/s.
(a) Usando o SI, a conversão de unidades do
Exemplo 1.1 é
(b) Usando o sistema inglês, a conversão de
unidades do Exemplo 1.1 é
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