Os Fundamentos da termodinâmica e mecânica dos fluidos

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Introdução à física e Movimentos

Prof. Rudiney Hoffmann Casali

ATIVIDADE A DISTÂNCIA 1 – AD1

Curso: Engenharia de Produção

Nome do estudante: André Petry

Data: 24/04/2017

Orientações:

• Procure o professor sempre que tiver dúvidas.
• Entregue a atividade no prazo estipulado.
• Esta atividade é obrigatória e fará parte da sua média final.
• Encaminhe a atividade via Espaço UnisulVirtual de Aprendizagem (EVA).

1. Suponha uma barra formada por uma liga metálica, fina e longa, de comprimento L0 e coeficiente de dilatação linear  = 0.2 K-1, submetida à uma variação de temperatura T. a) Sabendo que V = L3 e que (V+V) = (L+L)3, utilize o binômio de Newton para mostrar a aproximação (V+V)  V + 3VL/L), em que L é uma variação infinitesimal de L. Em que o Binômio de Newton é dado [pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

por:

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R:

 (V+ ΔV)=(L+ΔL) 
(V+ΔV)=L^3+3L^2.( ΔL)+3L.( ΔL)^2+(ΔL)^3

Como (ΔL) é pequeno em relação a L, podemos desprezar os 2 últimos termos da direita, a saber, (ΔL)^2 e (ΔL )^3.

(V + ΔV) ΔL^3 + 3 L^2 . (ΔL)

Como V = L^3:
(V + ΔV) ΔV + 3 L^2 . (ΔL)

Multiplicando e dividindo o último termo por L:
(V + ΔV) Δ V + 3 L^2 . L . ΔL/L

(V + ΔV) Δ V + 3 L^3 . (ΔL/L)

(V + ΔV)  ΔV + 3 V. (ΔL/L)

1. Suponha que um pesquisador possua uma substância desconhecia para ele em seu laboratório. Para identifica-la, ele separa algumas amostras de massa

m = 7.77 g e realiza algumas experiências. Primeiramente, ele percebe que a demanda energética para fundir tal substância é de 792.54 J, e também que para que ela entre em ebulição 13737.36 J de energia são exigidos. Identifique a substância em posse do pesquisador e calcule a capacidade calorífica relacionada. (Pontuação; 2,0 pontos)

R:

*Calor latente de ebulição:

Clv=13737,36 ÷ 7,77x10-3

Clv=1768,00 kj/kg

*Calor latente de fusão:

Clf=0,79254 ÷ 7,77x10-3

Clf=102J

*Segundo a tabela disponível no livro, a substância em posse do pesquisador é o material Zinco

*Capacidade calorifica

c = calor específico

C = capacidade térmica

ΔT = variação de temperatura

Q = quantidade de calor

m = massa do corpo

C=m.c

C=7,77x10-3 x 0.387

C = 3,0x10-3 kj/°C

1. Imagine um gás ideal submetido a um processo isotérmico, a uma temperatura constante T1. Em um determinado momento o volume é fixado e o gás é aquecido a uma temperatura T2 = T1 + T.  Calcule a variação da pressão P em termos da pressão P2, da temperatura T1 e da variação da temperatura T entre as isotermas T1 e T2. De quanto seria a variação da pressão P caso T = 2 T1. (Pontuação; 2,0 pontos)[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

R:

ΔT=2T1

T2=T1+ ΔT

T2=T1+2T1

T2=3T1

*continua na outra folha

(P1/T1)=(P2/T2)                                                         ΔP=P2-P1

(P1/T1)=(P2/3T1)                                                       ΔP=3P1-P1

P1=P2/3                                                                       ΔP=2P1

P2=3P1

1. Descreva as implicações de uma hipotética máquina térmica com rendimento de 100%. Elabore sobre as implicações de um hipotético refrigerador perfeito. Discorra sobre a relação entre a eficiência das máquinas térmicas e a performance dos refrigeradores. (Pontuação; 1,0 ponto)

R: Máquina térmica: 

Máquinas térmicas são máquinas capazes de realizar trabalho a partir da variação de temperatura entre uma fonte fria e uma fonte quente. Boa parte dessas máquinas retira calor de uma fonte quente. Com isso, boa parte desse calor realiza trabalho e outra parte é jogada para a fonte fria, definindo então a eficiência da máquina. Uma máquina térmica tem maior eficiência quando ela transforma mais calor em trabalho, portanto, rejeita menos calor para a fonte fria.

A segunda lei da termodinâmica diz que nenhuma máquina térmica tem rendimento  de 100%  → 0<=n<1

A transformação de calor em energia não é um processo espontâneo, então o rendimento de uma máquina térmica é baixo.

A eficiência de uma máquina térmica é máxima quando opera de forma reversível como a máquina de Carnot. O ciclo de Carnot é constituído por duas transformações isotérmicas reversíveis e dois processos adiabáticos reversíveis. Neste ciclo, a eficiência depende somente das temperaturas dos dois reservatórios em que a máquina opera.

Para que a eficiência de uma máquina fosse 100% teríamos que ter Tf=0K        

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