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Termodinâmica I

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Tópicos: Algumas Grandezas e Conceitos Básicos | Lei Zero da Termodinâmica |


1) Algumas Grandezas e Conceitos Básicos

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Calor latente Calor absorvido ou cedido por uma substância quando ela muda de estado. Não há variação de temperatura.
Calor sensível Calor absorvido ou cedido por uma substância sem mudança de estado físico. Há variação de temperatura.
Condições normais Temperatura igual a 0°C e pressão igual a 1 atmosfera (101 325 Pa).
Estado estacionário Situação de um sistema na qual o comportamento observado em um instante é mantido no futuro. Em muitos sistemas práticos, esse estado só é atingido após um período inicial não estacionário ou estado transiente.
Estado termodinâmico Um conjunto de propriedades mensuráveis que definem a condição térmica de uma determinada porção de uma substância. Exemplo: pressão, temperatura, energia interna, entalpia, entropia, massa específica.
Massa atômica Massa de um átomo expressa em relação a 1/12 da massa do átomo de carbono 12.
Massa específica Massa de um corpo por unidade de volume.
Massa molecular A soma das massas atômicas de todos os átomos da molécula.
Massa molar Massa por mol de uma substância, simbolizada por M (kg/kmol ou g/mol). Ver próximo item.
Mol Quantidade em gramas de uma substância igual à sua massa molecular. O número de moléculas em 1 mol de qualquer substância é constante e é denominado constante de Avogadro: NA ≈ 6,022 × 1023.
Peso específico Peso de um corpo por unidade de volume. Relação com massa específica: γ = μ g, onde g ≈ 9,81 m/s2 (aceleração da gravidade) e μ é massa específica.
Propriedade (ou grandeza) específica Propriedade intensiva obtida pela divisão de uma propriedade extensiva por outra. Exemplos: massa específica, volume específico, energia interna específica, etc.
Propriedade extensiva Uma grandeza física que é proporcional ao tamanho do sistema ou volume de controle considerado. Equivale à soma das mesmas propriedades dos sub-sistemas que compõem o sistema principal. Exemplos: massa, volume, etc.
Propriedade intensiva Grandeza física que não depende do tamanho do sistema. Exemplos (em algumas situações): pressão, temperatura, etc.
Sistema aberto Sistema que troca energia e/ou massa com a vizinhança. Uma fronteira de sistema que permite a passagem de massa é comumente qualificada como permeável.
Sistema fechado Sistema termodinâmico que pode trocar calor ou trabalho com a vizinhança, mas não troca massa.
Sistema isolado Sistema sem nenhuma interação com a vizinhança, isto é, não há troca de energia nem de massa. Assim, um sistema isolado obedece às leis da conservação: a energia e a massa permanecem constantes.
Sistema termodinâmico A parte do ambiente ou do Universo que é objeto de estudo. O sistema é limitado por uma fronteira, real ou imaginária, que o separa da vizinhança, isto é, o restante do ambiente ou Universo. Exemplos de sistemas termodinâmicos: um motor, um planeta, um organismo vivo, etc.
Temperatura absoluta Temperatura em Kelvin (K). É usualmente representada pela letra T (maiúscula). Se a temperatura é indicada por t (minúsculo), significa normalmente grau Celsius (°C). Intervalos de temperatura podem ser dados em K ou °C sem distinções porque as escalas só diferem nos pontos de referência.
Volume de controle Um volume fixo no espaço, através do qual um fluido escoa. A superfície que envolve o volume de controle é denominada superfície de controle.
Volume específico Volume por unidade de massa de um corpo.
Volume molar Volume ocupado por 1 kmol de uma substância em determinada temperatura e pressão.

Observação sobre símbolos em letras maiúsculas e minúsculas: não é norma rígida, mas em geral grandezas representadas por letras minúsculas significam específicas por unidade de massa. Exemplos: se o volume (em metros cúbicos, m3) de uma determinada porção de substância é V (maiúsculo), v (minúsculo) significa volume específico ou volume por massa (m3/kg). A letra U é usada para energia interna (joule, J) e u (minúsculo), para energia interna específica (joule por quilograma, J/kg). E vários outros casos que poderão ser vistos nos textos.


2) Lei Zero da Termodinâmica

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Este tópico começa com uma explicação simplificada dos conceitos de trabalho e energia, que são grandezas da mesma espécie, mas conceitualmente diferentes.

• Trabalho é produto da força pelo deslocamento na sua direção. Exemplo: se um corpo de peso igual a 10 newtons foi levado, por uma pessoa, a uma altura de 2 metros, o trabalho executado nessa tarefa foi 10 × 2 = 20 joules.

• Energia é a capacidade de produzir trabalho. Pode ser imaginada como a moeda de troca para o trabalho. No exemplo anterior, para produzir os 20 joules de trabalho, o organismo daquela pessoa gastou 20 joules de energia. A energia acumulada nesse organismo deve ser maior. Mas, desse valor acumulado, 20 joules foram gastos no mencionado trabalho. Assim, pode-se dizer que a execução de um certo trabalho sempre implica uma variação da energia de alguma coisa.

Aqui cabe também lembrar o conceito de potência, que é a relação entre o trabalho executado (ou variação correspondente de energia) e o tempo gasto. Se, no exemplo anterior, foram gastos 2 segundos, a potência desenvolvida foi 20 J / 2 s = 10 watts.

Visto, portanto, que a execução de um trabalho corresponde a uma variação de energia. Mas nem toda variação de energia tem a contrapartida de um trabalho realizado. Um corpo pode transferir energia para outro devido a diferenças de energia cinética média das suas moléculas, ou seja, diferenças de temperaturas. Essa transferência de energia sem trabalho físico visível é denominada calor.

Por esse conceito, é possível concluir que dois corpos na mesma temperatura estão em equilíbrio térmico, isto é, não há transferência de calor entre eles. E, se dois corpos distintos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico entre si. Esse princípio é também conhecido como Lei Zero da Termodinâmica.

Portanto, calor e energia são a mesma grandeza física, mas, em outras épocas, isso não era perfeitamente claro. A caloria foi uma unidade criada especialmente para o calor e corresponde à quantidade de calor necessária para aquecer um grama de água de 14,5 até 15,5°C.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel - Manual da Construção de Máquinas. São Paulo: Hemus, 1979.
Cengel, Y. A. Michael A. B. Thermodynamics: An Engineering Approach. New York: McGraw-Hill, 2006.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo: Hemus.
Kaviany, Massoud. Principles of Heat Transfer. USA: Wiley.
Rohsenow, W. M. Hartnett, J. R. Cho, Y. I. Handbook of Heat Transfer. McGraw-Hill, 1998.

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