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Universidade Federal de Itajubá
Prof. Dr. Eraldo Cruz dos Santos
FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA
FENÔMENOS DE TRANSPORTE - Termodinâmica
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 2
TÓPICOS DA APRESENTAÇÃO
CONCEITOS FUNDAMENTAIS;
FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA; ESCALAS TERMOMÉTRICAS;
PRESSÃO;
CALOR E TRABALHO;
SISTEMA DE UNIDADES;
EXERCÍCIOS;
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 3
TERMODINÂMICA
Termodinâmica é a ciência que trata:
• Das propriedades dos fluidos Termodinâmicos;
• Das características dos sistemas e • Do calor e do trabalho;
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 4
FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA
Aplicações da Termodinâmica
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 5
Um sistema fechado é aquele que não troca massa com a vizinhança, mas
permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira.
Sistema Fechado
SISTEMAS TÉRMICOS
Um sistema térmico é certa massa delimitada por uma
fronteira.
Vizinhança
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 6
Sistema Aberto ou Volume de Controle
SISTEMAS TÉRMICOS
Um sistema isolado é aquele que não troca energia (fluxo
de calor ou trabalho) nem massa com a sua vizinhança.
Vizinhança
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 7
Exemplos de Sistema Térmico ou Sistema Fechado
SISTEMAS TÉRMICOS E VOLUME DE CONTROLE
Sistema Fechado Volume de Controle
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 8
Sistema Térmico ou Sistema Fechado
SISTEMA E VOLUME DE CONTROLE
Volume de Controle
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 9
Estado
Propriedades
É a condição de um sistema, descrito, medido ou
especificado pelas propriedades independente.
São características macroscópicas de um sistema, ou
seja, qualquer grandeza que depende do estado do sistema e
independe do meio que o sistema alcançar àquele estado.
Algumas das mais familiares são:
Temperatura;
Pressão;
Massa específica
Outras.
ESTADO E PROPRIEDADES
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 10
Propriedade Intensiva: Uma propriedade intensiva é independente da massa do
sistema, por exemplo, Pressão, Temperatura, Viscosidade,
Velocidade, etc.
Propriedade Extensiva: Uma propriedade extensiva depende da massa do
sistema e varia diretamente com ela. Exemplo: Massa, Volume
total (m3), todos os tipos de Energia.
As propriedades extensivas divididas pela massa do
sistema são propriedades intensivas, tais como o Volume
específico, Entalpia específica.
PROPRIEDADES DE UMA SUBSTÂNCIA
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 11
PROPRIEDADE DE UMA SUBSTÂNCIA
T; p; m; v; V; r A ...
T; p; V;
m; v; V;
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 12
Propriedade Específica:
Uma propriedade específica de uma dada substância é
obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da
substância contida no sistema. Uma propriedade específica é
também uma propriedade intensiva do sistema. Exemplo:
PROPRIEDADE DE UMA SUBSTÂNCIA
r
1
m
VVolume específico (v):
Energia interna específica (u): m
Uu
Massa específica (m):
dVmV
r
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 13
Quando um sistema está em equilíbrio mecânico
(mesma pressão), químico e térmico (mesma temperatura
em todo o sistema), o sistema é considerado em equilíbrio
termodinâmico sendo que, a temperatura e a pressão são
considerados como propriedade do sistema.
Equilíbrio Termodinâmico
Simulação de Equilíbrio Termodinâmico
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 14
Processo:
É o caminho definido pela sucessão de estados através
dos quais o sistema passa, é chamado de processo.
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 15
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Processo Quase-Estático – Este processo é definido como um
processo no qual o desvio do estado de equilíbrio termodinâmico é de
ordem infinitesimal. Portanto, todos os estados pelos quais o sistema
passa durante o processo podem ser considerados como estados de
equilíbrio.
Fase e Substância Pura – aplica-se a quantidade de matéria que é
homogênea tanto na composição química como em sua estrutura física.
Entende-se homogeneidade na estrutura física quando a matéria é
sólida, líquida ou gasosa.
Estado Morto – Qualquer desequilíbrio com relação ao meio
ambiente, seja de pressão, temperatura, composição química,
velocidade ou elevação, apresenta-se como uma oportunidade de
desenvolver trabalho.
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 16
Processos Quase Estáticos
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 17
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
“Caminho” descrito pelo sistema na transformação. p1
V1
T1
U1
p2
V2
T2
U2
Processos Durante a transformação
Isotérmico Temperatura invariável (Constante)
Isobárico Pressão invariável (Constante)
Isovolumétrico, Isocórico, Isométrico
Volume constante
Adiabático É nula a transferência de calor com a vizinhança.
Isoentalpico Entalpia invariável (Constante)
Isoentrópico Entropia invariável (Constante)
Estado 2 Estado 1
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 18
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Transformação
p1
V1
T1
U1
p2
V2
T2
U2
Estado 1 Estado 2
Transformação
Variáveis de estado
Variáveis de estado
Estado 2 Estado 1
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 19
Ciclo Termodinâmico Quando um sistema (substância), em um dado estado inicial, passa por certo número de mudança de estados
(processos) e finalmente retorna ao seu estado inicial, o sistema
executa um ciclo termodinâmico.
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Estado 1 Estado 2
p1;T1;
V1;
m1; ...
p2;T2;
V2;
m2; ...
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 20
Escalas de Temperatura
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Escalas de Medição
Celsius, Fahrenheit
Escalas Absolutas
Kelvin, Rankine
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 21
Lei Zero da Termodinâmica
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
“Se A e B são dois corpos em equilíbrio térmico com
um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio
térmico um com o outro, ou seja, a temperatura
desses sistemas é a mesma”.
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 22
Escala de Temperatura
1 - Kelvin e Celsius: T(K) = 273,16 + T(°C) 2 - Rankine e Kelvin: T(°R) = 1,8 . T(K) 3 - Fahrenheit e Rankine: T (°F) = T(°R) - 459,67 4 - Fahrenheit e Celsius: T (°F) = 1,8 . T(°C) + 32
PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 23
Escreva a relação entre graus Celsius [°C] e Fahrenheit [°F].
EXEMPLO 1.1
Solução: Interpolando linearmente as escalas entre a
referência de gelo fundente e a referência
de vaporização da água, tem-se:
32212
32
0100
0
FC oo
)32F(9
5C oo
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 24
Termômetro Digital
Termômetro Infravermelho
Medidores de Temperatura
Termômetro Convencional
Termômetro de Gás de volume constante
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 25
Escala de Gás
Escala de Temperatura de Gás Escala Kelvin
Temperatura do banho
a é uma constante arbitrária
pT a
tpp
16,273a
tpp
pT 16,273
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 26
Conceito de Pressão
A
Fp Normal
AA
lim
CONCEITOS FUNDAMENTAIS - Pressão
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 27
Pressão Absoluta e Relativa
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 28
1 [atm] = 10332,27 [kgf/cm²] 1 [atm] = 760 [mmHg] = 101,325 [kPa]; 1 atm = 1,013250 bar;
1 bar = 105 N/m2 (Pa); 1 bar = 0,9869 atm; 1 bar = 100 kilopascals (kPa)
Pressão Absoluta e Relativa
pabs = patm + pm
pm = pabs - patm
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 29
ghhp r
Piezômetro
Esquema de um manômetro em U
Manômetro do tipo Bourdon
Medidores de Pressão
Sensor de pressão
ghhpp atm r
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 30
Um manômetro instalado em uma tubulação de vapor registra a pressão de 50 kPa. Se a pressão atmosférica local é de 101,325 kPa, determine a pressão absoluta correspondente.
EXEMPLO 1.2
Solução:
kPa151,32550101,325p efetivaatmabs pp
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 31
Definição de Calor e Trabalho
Calor: É definido como sendo o caminho pelo qual a energia é
transferida através da fronteira de um sistema numa dada
temperatura, a um outro sistema (ou meio) numa temperatura
inferior, em virtude da diferença de temperatura entre os dois
sistemas.
Trabalho: Do ponto de vista termodinâmico, o trabalho é
executado por um sistema, se o único efeito sobre o meio (tudo
externo ao sistema) puder ser o levantamento de um peso.
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 32
Definição de Calor e Trabalho
Exemplo de Sistemas Realizando Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 33
Definição de Calor e Trabalho
Trabalho
dxFW 1 [J] = 1 [N . m]
Trabalho de Expansão
dVpW dxApdxFW
t
WW
1 [W] = 1 [J/s]
Potência
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 34
Definição de Calor e Trabalho
2
1
21 QQ
Calor
1 [J] = 1 [N . m]
Comparação entre Calor e Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 35
Definição de Calor e Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 36
Definição de Calor e Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 37
Definição de Calor e Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 38
Conversão de sinais de Calor e Trabalho
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 39
Unidades Geométricas e Mecânicas
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
Grandezas Nome Símbolo Definição Observação
Comprimento metro m
Comprimento igual a 1.650.763,73
do comprimento de onda, no vácuo
da radiação correspondente à
transição entre os níveis 2p10 e 5d5
do átomo de Criptônio 86.
Unidade de base – definição
ratificada pela 11ª. CGMP/1960.
Massa quilograma kg Massa do protótipo internacional
do quilograma
1) Unidade Base – definição
ramificada pela 3ª.
CGPM/1901;
2) Esse protótipo é conservado
no Bereau Internacional de
pesos e medidas, em Sèvres,
França.
Tempo segundo s
Duração de 9.192.931.700
períodos da radiação
correspondente à transição entre
os dois níveis hiperfinos do estado
fundamental do átomo de Césio 133.
Unidade de base – definição
ratificada pela 13ª.CGPM/1967.
Temperatura
Termodinamica Kelvin K
Fração 1/273,16 da temperatura
termodinâmica do ponto tríplice da
água.
Kelvin é uma unidade de base
– definição ratificada pela 13ª.
CGPM/1967.
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 40
Grandezas e Unidades Fundamentais
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
GRANDEZAS
FUNDAMENTAIS
UNIDADES FUNDAMENTAIS
NOME SÍMBOLO
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Temperatura Kelvin K
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 41
Grandezas e Unidades Derivadas
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
GRANDEZA
DERIVADA
EQUAÇÃO
FÍSICA SIMBOLOGIA
UNIDADE
DERIVADA
Força N (Newton)
Energia J (Joule)
Trabalho J (Joule)
Calor J (Joule)
Potência W(Watt)
Pressão Pa (Pascal)
Volume específico -----
Massa específica -----
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 42
Grandezas e Unidades Fundamentais
SISTEMA TÉRMICO DE UNIDADES
GRANDEZAS
FUNDAMENTAIS
UNIDADES FUNDAMENTAIS
NOME SÍMBOLO
Comprimento metro m
Força Quilograma força kgf
Tempo segundo s
Temperatura Kelvin K
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 43
Grandezas e Unidades Derivadas
SISTEMA TÉRMICO DE UNIDADES
GRANDEZA
DERIVADA EQUAÇÃO FÍSICA SIMBOLOGIA
UNIDADE
DERIVADA
Massa UTM
Energia Kilogramametro
Trabalho Kilogramametro
Calor Kilocaloria
Potência kilogramametro/s
Pressão -----
Volume
específico -----
Peso específico -----
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 44
Fatores de Conversão de Unidades
COMPRIMENTO
1 m 3,281 ft = 39,37 in 1 cm = 0,3937 in 1 km = 0,6214 in
1 ft = 0,3048 m 1 in = 0,0254 m 1 in = 5280 ft = 1609,3
ÁREA 1 m2 = 10,76 ft2 1 cm2 = 0,1550 in2
1 ft2 = 0,0929 m2 1 in2 = 645,16 mm2
VOLUME
1 m3 = 35,315 ft3 1 cm3 = 0,06102 in3 1 l = 0,001 m3 = 0,035315 ft3 1 gal = 231 in3
1 ft3 = 0,028 317 m3 1 in3 = 1.6387 x 10-5 m3 1 gal = 0,0037854 m3
MASSA 1 lg = 2,20462 lbm 1 ton = 1000 kg 1 lbm = 0,453592 kg
1 slug = 14,594 kg 1 ton = 2000 lbm
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 45
Fatores de Conversão de Unidades
PRESSÃO
1 Pa = 1 N/m2 1 kPa = 0,145038 psi 1 in Hg = 0,9412 psi 1 mm Hg = 0,1333 kPa
1 psi = 6,894757 kPa 1 inHg = 3,387 kPa 1 bar = 100 kPa 1 atm = 101,325 kPa = 14,696 psi = 760 mmHg = 29,92 inHg
FORÇA
1 N = 1 kg m/s2
1 N = 0,224809 lbf
1 lbf = 4,448222 N
1 dina = 1 x 10-5 N
ENERGIA
1 Btu= 778,169 ft lbf 1J = 9,478 x 10-4 Btu 1 cal = 4,1840 J
1 Btu = 1,055056 kJ 1 ft lbf = 1,3558 J 1 IT cal = 4,1868 J
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 46
Fatores de Conversão de Unidades
ENERGIA ESPECÍFICA
1 kJ/kg = 0,42992 Btu/lbm 1 kJ/kg mol = 0,4299 Btu/lbmol
1 Btu/lbm = 2,326 kJ/kg 1 Btu/lbmol = 2,326 kJ/kg mol
ENTROPIA ESPECÍFICA, CALOR ESPECÍFICO, CONSTANTE DO GÁS
1 kJ/kg K = 0,2388 Btu/lbm °R 1 kJ/kg mol K = 0,2388 Btu/lbmol °R
1 Btu/lbmR = 4,1868 kJ/kg K 1 Btu/lbmolR = 4,1868 kJ/kg K
MASSA ESPECÍFICA
1 kg/m3 = 0,062428 lbm/ft3 1 lbm/ft3 = 16,0185 kg/m3
VOLUME ESPECÍFICO
1 m3/kg = 16,018 ft3/lbm 1 ft3/lbm = 0,062428 m3/kg
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 47
Fatores de Conversão de Unidades
POTÊNCIA
1 W = 1 J/s 1 kW = 1,3410 hp = 3412 Btu/h
Btu = 1,055056 kW 1 hp = 550 ft lbf/s = 2545 Btu = 745,7 W
VELOCIDADE
1 m/s = 3,281 ft/s = 1 ft/s = 0,3048 m/s
1 mph = 1,467 ft/s = 0,4470 m/s
TEMPERATURA
T[°C] = (5/9) . (T[°F] - 32) T[°C] = T[K] – 273,15 T[K] = (5/9) . T[°R] T[K] = 1,8 . T[°R]
T[K] = T[°C] T[°F] = (9/5) . T[°C] + 32 T[°F] = T[°R] – 459,67 T[R] = T[°F]
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 48
Definir o sistema;
Identificar as interações com o meio externo;
Deve-se se ter atenção às leis físicas e as relações que permitirão descrever o comportamento do sistema;
A maioria das análises usam uma ou mais de três leis básicas, as quais são:
Conservação da massa;
Conservação da energia;
Segunda Lei da Termodinâmica.
Metodologia para Resolver Problemas de Termodinâmica
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 49
Para melhor organizar a solução de problemas recomenda-se utilizar o seguinte elementos:
O que é conhecido (escrever as informações fornecidas para a definição do sistema, buscando ler o que foi fornecido com calma, atenção e com cuidado);
O que deve ser determinado (buscar entender, de forma resumida, qual a solução a ser fornecida para o problema);
Elaborar um esquema de dados (visualizar as relações do meio externo com o sistema, através de croquis, esquemas, desenhos, diagramas das propriedades, etc., onde se deve desenhar o sistema com todas as grandezas/propriedades envolvidas, definindo a fronteira do sistema, os estados, seus processos, ciclos, etc.);
Metodologia para Resolver Problemas de Termodinâmica
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 50
Realizar as suposições (quais simplificações são aceitas para a solução do problema e as formas de modelá-lo);
Analisar o problema (verificar os elementos necessários para a solução do problema, tais como: equações, gráficos, tabelas, diagramas adicionais, etc., que forneçam a solução desejada. E importante avaliar a magnitude do problema, ou seja, quais as unidades das grandezas envolvidas, a fim de que as mesmas sejam compatíveis. Realizar os cálculos e colocar as grandezas de cada valor obtido);
Calcular o que se pede: substituir os valores tendo o cuidado de analisar as grandezas das propriedades;
Colocar os Comentários sobre o problema (discutir os resultados apresentando o que foi aprendido; os principais aspectos da solução e realizar as verificações)
Metodologia para Resolver Problemas de Termodinâmica
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 51
Esquema Simplificado
Metodologia para Resolver Problemas de Termodinâmica
Etapa 1 – Enunciado do Problema
Etapa 2 – O que deve ser determinado
Etapa 3 – Elaborar de esquemas e croquis dos dados (realizar as transformações de unidades necessárias)
Etapa 4 – Elaborar as suposições, hipóteses e aproximações
Etapa 5 – Analisar o problema (aplicação das Leis da física e determinar as propriedades, seus estados e processos)
Etapa 6 – Realizar os cálculos
Etapa 7 – Realizar os comentários sobre o problema.
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 52
1. Um gás contido em um cilindro com pistão realiza uma expansão para uma relação de pressão volume dada por pVn = constante. Inicialmente a pressão do sistema é de 3 (bar) e o volume de 0,1 (m³). No final do processo de expansão o volume é de 0,2 (m³). Determinar o trabalho realizado pelo sistema em (kJ), se:
(a) n = 1,5; (b) n = 1,0; (c) n = 0.
EXERCÍCIOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 53
Solução:
Resolução do Exercício 1
1ª. Etapa: Dado/Conhecido: um gás em um conjunto cilindro e pistão sofre um processo para o qual [p . Vn = Constante];
2ª. Etapa: Determinar: o trabalho em (kJ) se (a) n = 1,5; (b) n = 1,0 e (c) n = 0;
3ª. Etapa: Diagrama/Dados Fornecidos: A relação p x V, com gráfico e esquema de dados:
Estado 1 Estado 2
Fronteira do Sistema
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 54
Solução - Continuação:
Resolução do Exercício 1
4ª. Etapa: Hipóteses/Suposições: 1 - O gás encontra-se em um sistema fechado; 2 – O trabalho de expansão ocorre somente através do movimento da fronteira; 3 – A expansão é um processo politrópico (variam com a pressão e o volume);
5ª. Etapa: Análise: o trabalho de expansão é obtido pela equação:
2
1dVpW teConsVp n tan
nV
teConsp
tan
2
1
tandV
V
teConW
n
n
VteConsVteConsW
nn
1
tantan 1
1
1
2
n
VVpVVpW
nnnn
1
1
111
1
222
n
VpVpW
1
1122
nn VpVpteCons 2211tan (a) Essa expressão é válida para:
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 55
Solução - Continuação:
Resolução do Exercício 1
É necessário determinar o valor da pressão no estado final através da expressão abaixo:
Substituindo os valores tem-se:
barp 06,12
kJW 6.17
mN
kJ
bar
mN
3
25
10
1
1
10 5,11
1,032,006,1 33
mbarmbarW
n
V
Vpp
2
112
Logo o trabalho é:
5,1
3
3
22,0
1,03
m
mbarp
6ª. Etapa: Cálculos:
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 56
Solução - Continuação:
Resolução do Exercício 1
(b) Para n = 1, a relação p x V é p.V = Constante ou p = Constante/V:
Substituindo os valores tem-se:
kJW 79,20
1
211 ln
V
VVpW
(c) Para n = 0, a relação p x V reduz-se a p = constante e a integral fica resumida a:
2
1
tanV
V nV
dVteCosnW
1
2lntanV
VteCosnW
1,0
2,0ln1,03 3mbarW
mN
kJ
bar
mN
3
25
10
1
1
10
2
1dVpW 12 VVpW
Substituindo os valores tem-se:
33 1,02,03 mmbarW
mN
kJ
bar
mN
3
25
10
1
1
10 kJW 0,30
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 57
Solução - Continuação:
Resolução do Exercício 1
Para a solução (a) a área abaixo da linha 1 – 2a representa trabalho realizado pelo processo politrótico cuja hipótese é importante para a solução do problema; Para a solução (b) o trabalho de expansão é representado pela linha 1 – 2b, independendo do caminho de realização do processo; Para a solução (c) tem-se a condição de pressão constante e o trabalho é representado por toda a área abaixo da linha 1 – 2c; Não é necessário se identificar o tipo de gás (ou líquido) contido no conjunto cilindro-pistão. Os valores calculados para o trabalho são determinados pelos caminho percorrido pelo processo e pelos estados inicial e final.
7ª. Etapa: Análises
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 58
2. Um quilograma de um refrigerante é contido em um conjunto pistão – cilindro. O refrigerante é comprimido do estado 1, onde p1 = 2 (bar) e v1 = 83,54 (cm³/g), para o estado o estado 2, onde p2 = 10 (bar) e v2 = 21,34 (cm³/g). Durante o processo a relação entre a pressão e o volume específico é dada por pVn = constante. Determinar o valor de n.
EXERCÍCIOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 59
1. Qual a finalidade de um sistema?
2. O que é um volume de controle?
3. O que é um sistema fechado?
4. A quantidade de massa de um volume de controle pode variar? O mesmo pode ocorrer com o sistema fechado?
5. Qual a diferença fundamental entre sistema e volume de controle?
6. O que é um meio contínuo?
7. Dê exemplos de aplicações de sistemas e volume de controle.
8. Cite meios que não podem ser considerados contínuos.
9. Defina estado e propriedades de uma substância?
10.O que são propriedades intensivas e extensivas?
LISTA DE EXERCÍCIOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 60
11. O que é um processo? 12. O que é um ciclo termodinâmico? 13. O que é fase? 14. Quando um sistema está em equilíbrio térmico? 15. Quando um sistema está em equilíbrio termodinâmico? 16. O que é um processo quase-estático ou quase-equilíbrio? 17. Qual a finalidade de se usar a hipótese de processos quase-
estático? 18. Qual a aplicação do princípio Zero da Termodinâmica? 19. Qual a vantagem da escala da temperatura termodinâmica?
LISTA DE EXERCÍCIOS
Eraldo Cruz dos Santos 19/03/2013 61
20. Pode um sistema receber energia por calor mantendo a temperatura constante?
21. Pode existir um corpo abaixo da temperatura 0 (K)? Explique.
22. Um manômetro de Bourdon conectado à parte externa de um tanque marca 77,0 (psi), quando a pressão atmosférica local é de 760 (mmHg). Qual será a leitura do manômetro se a pressão atmosférica for aumentada para 773 (mmHg)?
23. Um manômetro de mercúrio, usando para medir vácuo, registra 731 (mmHg) e o barômetro registra 750 (mmHg). Determinar a pressão em (kgf/cm²);
24. Um manômetro contêm fluido com densidade de 816 (kg/m³). A diferença de altura entre as duas colunas é de 50 (cm). Que diferença de pressão é indicada em (kgf/cm²)? Qual seria a diferença de altura se a mesma diferença de pressão fosse medida por um manômetro contendo mercúrio (massa específica 13600 (kg/m³).
LISTA DE EXERCÍCIOS
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25. Um corpo de peso igual a 92,543 (kgf/cm²) ocupa 1 (m³) num local onde g = 9,81 (m/s²). Determine a massa deste corpo em UTM num outro local onde g = 10 (m/s²).
26. Um sistema contém água líquida em equilíbrio com uma mistura de
ar e vapor d’água. Quantas fases estão presentes? O sistema é composto por substância pura? Explique.
27. Considere um sistema que contém água líquida e gelo realizando um
processo. No final do processo, o gelo é derretido, ficando somente água líquida. Pode o sistema ser visto como tendo efetuado um processo como uma substância pura? Explique.
28. A pressão absoluta dentro de um tanque, contendo gás é 0,05 (Mpa)
e a pressão atmosférica local é de 101,0 (kPa). Qual seria a leitura de um medidor de Bourdon colocado no tanque pelo lado de fora, em (Mpa)? É o medidor um manômetro ou um vacuômetro?
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29. Das 2500 (kcal) fornecidas por um minuto a um tubo-gerador, 70 (%) são transformados em energia elétrica. Calcule a potência do gerador em (kW).
30. Um objeto tem uma massa de 7 (kg). Determine: (a) seu peso num local ande a
aceleração da gravidade é 9,7 (m/s²); (b) a magnitude da força resultante, em (N), necessária para acelerar o objeto a 6 (m/s²).
31. Determinar a pressão manométrica em (bar), em um manômetro que marca 1
(cm) de: (a) água (r = 1000 (kg/m³)); (b) mercúrio (r = 13600 (kg/m³)); 32. A relação entre a resistência R e a temperatura T de um termistor é
aproximadamente dada pela equação: onde R0 é a resistência em (W), medida na temperatura T0 (K) e b é a constante do material com unidade em Kelvin. Para dado termistor R0 = 2,2 (W) a T0 = 310 (K). Do teste de calibração, achou-se R = 0,31 (W) a T = 422 (K). Determinar o
valor de b para o termistor e faça o gráfico da resistência versus a temperatura.
LISTA DE EXERCÍCIOS
0
0
11exp
TTRR b
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AGRADECIMENTO
MUITO OBRIGADO!