Resumo Sistema termodinâmico e Volume de Controle

 

TERMODINÂMICA I – RESUMO CAPÍTULO 2

 

CONCEITOS E DEFINIÇÕES

Sistema termodinâmico e volume de controle

Um sistema é definido como uma quantidade de matéria com massa fixa sobre a qual a atenção é dirigida.  

O estudo é separado em 3 zonas, o sistema em si, a vizinhança que é tudo que é externo ao sistema e as fronteiras (superfície de controle) que é o meio entre os dois. O sistema é relativo ao meio através das fronteiras, onde essas podem ser fixas ou moveis.

 

Existem 3 tipos de sistemas:

Aberto–Troca massa e energia (volume constante); Fechado–Troca apenas energia (massa constante); Isolado - Não há nenhuma troca.

Um volume de controle e especificado quando a analise envolve um fluxo de massa, observa-se que os termos sistema fechado e aberto são usados de forma equivalente aos termos de sistema e de volume de controle.

 

Pontos de vista macroscópico e microscópio

Macroscópico - Trata do comportamento global, inteiro do sistema. Nenhum modelo de estrutura molecular, atômica ou subatômica é utilizado diretamente. Este tratamento é o aplicado na termodinâmica clássica. O sistema é tratado como um contínuo.

Microscópico - Tratamento que leva em conta a estrutura da matéria. É chamada de termodinâmica estática. O objetivo é caracterizar por meios estatísticos o comportamento médio das partículas e relacioná-lo com o comportamento macroscópico do sistema.

 

Estado e propriedades de uma substância

O estado termodinâmico pode ser identificado através de propriedades macroscópicas como temperatura, pressão, volume específico, massa especifica, etc.

Um estado é definido por duas ou mais propriedades independentes.

As propriedades tem sempre o mesmo valor para um dado estado independente da forma pela qual a substância chegou até ele.

As propriedades são definidas em duas classes gerais:

Intensiva – São aquelas que independem da massa e massa específica, temperatura e pressão, podem variar de um lugar para outro dentro do sistema em qualquer momento;

Extensivas – São aquelas que dependem da massa e volume, seus valores podem variar com o tempo.

 

Processos e ciclos

Processo é uma sequência de mudanças de estado.  

Se durante essas mudanças algumas propriedades permanecerem constantes ela irá denominar o processo.

Isobárico – Pressão constante;

Isocórico - Volume constante;

Adiabático - Calor não atravessa as fronteiras do sistema; Isotérmico – Temperatura constante.

 

Se o sistema passa por um destes tipo de mudança de estado e retorna ao estado inicial, denominamos que o sistema exerceu um ciclo.

Existe dois tipos de processos gerais:

Reversível - O estado inicial pode ser restaurado sem efeitos mensuráveis no sistema e na sua vizinhança (processo ideal).

Irreversível – O estado inicial envolvido não pode ser restaurado sem efeitos no sistema e na sua vizinhança (processo real).

 

Unidades de massa, comprimento, tempo e força

Sistema internacional (SI)

 

Massa – m [Kg] ou [Kgmol];

1Ibm = 0,45359237Kg

Comprimento – [m];

1 ft = 0,3048 m  12 in = 1 ft

Tempo – t [s];

Força – F [N] = [Kg.m/𝑠2].

1Ibf = 4,448215 N

N é a força necessária para acelerar a massa de 1Kg a razão de um metro por segundo ao quadrado.

 

Energia  

Este conceito é fundamental, como o da massa e da força, e também apresenta dificuldade para ser definido com precisão.

Energia trem sido definida como a capacidade de produzir um efeito.          

Do ponto de vista molecular, identificamos três forma de energia:

 

Potencial intermolecular - Forças entre moléculas (depende da força intermolecular e das posições das moléculas em cada instante);

Cinética molecular – Velocidade de translação das moléculas (Depende apenas das massas e velocidades das partículas);

Intramolecular – Relativa a cada molécula, associada com a estrutura molecular e atômica (É difícil de ser avaliada, em geral é o resultado de um número bastante grande de interações complexas).

 

Volume específico e massa específica

Massa específica ( p )  é definida como a massa por unidade de volume, sendo desta forma o inverso do volume especifico. v'= menor volume para o qual a substância pode ser tratada como meio contínuo. Assimilando: V' -> dv        m em v' -> dm p = dm / dv

portanto m é igual a integral de volume de p.dV  

 

Volume específico ( v ) é definido como o volume por unidade de massa.

Volume específico: v = 1 / p (m3/kg no SI)

Volume por kmol: 𝑣𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = MM.v (m3/kmol)

Onde MM = massa molecular da substância: kg/kmol

 

Estas duas propriedades são intensivas.

 

 Pressão

Usamos pressão quando falamos de líquidos e gases, para sólidos usamos tensão.

Fluído em repouso em contato com área A:          

 

Pressão: p = 𝑙𝑖𝑚 𝐴−>𝐴′  (𝐹𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙/A)

 

Onde A' = menor área onde a substância pode ser considerada um meio contínuo.