03 calor e trabalho
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Termodinâmica
Calor e Trabalho
Tópicos abordados
Calor: definição e formas de transferência de calor;
Trabalho: definição e trabalho termodinâmico.
Observação importante: esse guia foi preparado por mim e não foi feita
uma revisão criteriosa do mesmo. Se você encontrar qualquer tipo de erro,
por favor, me avise para que eu possa corrigi-lo.
2
Definição de Calor
Forma de transferência de energia através da fronteira de
um sistema a um outro sistema (ou meio) que apresenta
temperatura menor.
Um corpo nunca contém calor, contém energia.
O que isso significa? O calor só pode ser identificado quando
atravessa uma fronteira.
Modos de Transferência de Calor: Convecção; Condução
ou Difusão; Radiação.
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Modos de transferência de calor
Convecção:
Transferência de energia entre uma superfície sólida e um fluido em
movimento;
A grandeza é transportada porque o material é transportado;
Necessita de um meio para ocorrer;
Transporte devido à velocidade média do fluido.
Condução ou Difusão:
Transferência de energia das moléculas mais energéticas para moléculas
menos energéticas devido a interação entre as mesmas,
Transporte devido à movimentação aleatória das moléculas;
Também necessita de um meio para ocorrer;
Ocorre devido a uma diferença de potencial.
Exemplo: difusão de calor ou condução térmica: a propriedade sendo
difundida é o calor e o potencial é a temperatura.
Modos de Transferência de Calor
Radiação:
Transferência de energia através de ondas eletromagnéticas,
Não necessita de um meio.
Modos de Transferência de Calor
Modos de Transferência de Calor
Condução ou Difusão:
É dada pela Lei de Fourier
Convecção
É dada pela Lei de resfriamento de Newton.
Radiação
dada pela Lei de Stefan-Boltzmann
L
TTkA
dx
dTkAQx
12 onde:
• k é a condutividade térmica do
material [W/m K]
• A é a área
• dT/dx é o gradiente de
temperatura na direção x
•T é a temperatura [K]
•h é o coeficiente de transferência
de calor por convecção [W/m2 K]
• é a emissividade do material
(valor adimensional)
• é a constante de Stefan-
Boltzmann =5,6710-8W/m2K4
ThAQ
44
sup ambienteerfície TTAQ
Trabalho
O trabalho, em termos de força e deslocamento, é
definido como a força F agindo através de um
deslocamento x, sendo este deslocamento na direção da
força:
8
2
1
S
SdSFW
Definição de Trabalho
9
Onde encontramos o deslocamento?
O trabalho atravessa as fronteiras do sistema?
Definição de Trabalho
Como definimos o trabalho termodinâmico?“Um sistema realiza trabalho sobre sua vizinhança se o
único efeito sobre a parte externa desse sistema puder
ser o levantamento de um peso.”
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TRABALHO???
Definição de Trabalho
Como definimos o trabalho termodinâmico????
O trabalho é uma forma de transferência de energia.
Trabalho não se refere ao que está sendo transferido ou
armazenado no sistema, a energia é transferida e
armazenada quando se realiza trabalho.
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F=pA
2
1
2
1
2
1
dVp
dSpA
dSFW
Trabalho de compressão e expansão
Trabalho Termodinâmico
Caso 1: p=constante
Caso 2: pV=constante
Caso 3: pVn=constante
13
2
1dVpW
VpW 21
Um gás sofre um
processo
politrópico
quando a relação
entre a pressão e o
volume durante o
processo é dado
por pVn=constante
1
21121 ln
V
VVpW
n
VpVpW
1
112221
Trabalho sob o ponto de vista
termodinâmico
Convenção de sinais - Relacionando o conceito de trabalho com os conceitos de sistemas, propriedades e processos:
W>0 (positivo) - Trabalho realizado pelo sistema
- sai energia do sistema;
W<0 (negativo) - Trabalho realizado sobre o sistema.
- entra energia no sistema;
A unidade de Trabalho é o Joule: 1 J = 1 Nm
A unidade de Potência (Trabalho por unidade de tempo) é o Watt: 1 W = 1 J/s
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Calor sob o ponto de vista termodinâmico
Convenção de sinais – a convenção de sinais para Calor é oposta a convenção de sinais para Trabalho.
Q>0 (positivo) - Calor transferido para um sistema;
- entra energia no sistema;
Q<0 (negativo) - Calor transferido de um sistema.
- sai energia do sistema;
Como o Trabalho, a unidade de Calor é o Joule.
A taxa de transferência Calor (Calor por unidade de tempo) é o Watt.
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