aula 3-calor
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Aula 4 Calor, trabalho e primeira lei para sistemas
fechados
TERMODINMICA APLICADA BC 1309
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
Reynaldo Palacios Bereche
Santo Andr 2013
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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
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
Calor
Calor pode ser definido como a energia em trnsito
devido a uma diferena de temperatura entre dois
corpos
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
Calor
Conduo Trmica
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
Calor - Conduo
T1
T2
x
x
TAq
Lei de Fourier
dx
dTkAdq =
A
Condutividade trmica
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Calor - Conveco
Tu
ST
Fludo
Superfcie
> TTS
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Calor - Conveco
ST
Conduo: contato partcula de fludo com a superfcie
Adveco: movimento global de partculas de fludo
Conveco = Conduo + Adveco
u
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Calor - Conveco
( )= TThAq s
Lei de Resfriamento de Newton
h: coeficiente de conveco
Caractersticas do fludo
Geometria
Tipo de escoamento
( )K.m/W 2
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uma interao energtica entre um sistema e sua
vizinhana.
Trabalho
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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....
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Trabalho
F
x
=2
1
x
x
dxFW
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
Trabalho
x
F
A
A
FP = APF =
dxAdV =
=2
1
x
x
dxFW
=2
1
x
x
dxAPW
=2
1
V
V
dVPW
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
Trabalho
=2
1
V
V
dVPW
P
V
1
2
Graficamente
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Trabalho
Processo a Presso Constante 21 PP =
=2
1
V
V
dVPW =2
1
V
V
dVPW
( )12 VVPW =
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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
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BC 1309 - Termodinmica Aplicada -Marcelo Modesto
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
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Conveno de Sinais e Unidades
Q ( - )
Q ( + )
W ( - )
W ( + )
Q
W[J] Joule
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
W
Q
Sistema Percorrendo um Ciclo
= WQ
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
Q
W
Calor lquido transferido durante o ciclo
Trabalho lquido transferido durante o ciclo
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
A
B
C
1
2
-
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
+=+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)
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
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
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
Define-se ento a propriedade Energia do Sistema (E).
dEWQ =
Equao da 1 Lei da Termodinmica para um Sistema
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
122121EEWQ =
Entre dois processos 1 e 2 quaisquer, escreve-se:
dt
dEWQ = &&
Considerando uma variao temporal temos:
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
EPECUE ++=
A Energia do sistema pode ser dividida em:
( )P,TU
2
mVEC
2
=
mgzEP =
Energia Interna (T,P)
Energia Cintica
Energia Potencial
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Primeira Lei da Termodinmica - Sistemas
( ) ( ) ( )122122122121 zzmgVVm2
1uumWQ ++=
Forma Geral da Equao da 1 Lei para Sistemas
Energia Interna Especfica (kJ/kg)
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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.