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Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado em Engenharia Elétrica. Física Geral e Experimental II Prof. Ms . Alysson Cristiano Beneti. Aula 10 Calor e Trabalho Mecânico, Primeira Lei Termodinâmica, Mecanismos de Transferência de Calor.

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Presentation Transcript


F sica geral e experimental ii prof ms alysson cristiano beneti

Instituto Tecnolgico do Sudoeste Paulista

Faculdade de Engenharia Eltrica FEE

Bacharelado em Engenharia Eltrica

Fsica Geral e Experimental II Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti

Aula 10

Calor e Trabalho Mecnico, Primeira Lei Termodinmica, Mecanismos de Transferncia de Calor

IPAUSSU-SP

2012


F sica geral e experimental ii prof ms alysson cristiano beneti

Considere um cilindro com um mbolo mvel e um gs confinado neste cilindro. A fora para cima sobre o mbolo devido presso do gs igual ao peso das esferas de chumbo colocadas sobre o mbolo.

As paredes do cilindro so feitas de material isolante, que no permite a transferncia de calor. A base do cilindro est sobre um reservatrio trmico (uma placa quente) cuja temperatura pode ser controlada.

O sistema (gs) parte de um estado inicial i, descrito por uma presso pi, um volume Vi e uma temperatura Ti. Deseja-se levar o sistema a um estado final f, descrito por uma presso pf, um volume Vf e uma temperatura Tf. Este preocesso chamado processo termodinmico.


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Durante este processo a energia pode ser transferida do reservatrio trmico para o sistema (calor positivo) ou vice-versa (calor negativo).

O sistema pode realizar trabalho levantando as esferas de chumbo (trabalho positivo), ou receber trabalho das esferas de chumbo (trabalho negativo).

W>0

Propriedades do Gs

W<0

Q<0

Q>0


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Suponha que algumas esferas de chumbo so removidas do mbolo, permitindo que o gs empurre o mbolo e as esferas restantes para cima com uma fora F, que produz um deslocamento infinitesimal dS. Como o deslocamento pequeno, podemos supor que F constante durante o deslocamento. Nesse caso, o mdulo de F igual a p.A, onde p a presso e A a rea do mbolo. O trabalho infinitesimal dW realizado pelo gs durante o deslocamento dado por:


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Na prtica existem muitas formas de levar o gs do estado i para o estado f.

A rea sombreada representa o trabalho W realizado por um sistema ao passar do estado inicial i para um estado inicial f. O trabalho positivo porque o volume do sistema aumenta;

W continua a ser positivo, mas agora maior;

W continua a ser positivo, mas agora menor;

W pode ser ainda menor (trajetria icdf) ou ainda maior (trajetria ighf);

Neste caso, o sistema vai do estado f para o estado i quando o gs comprimido por uma fora externa e seu volume diminui, o trabalho realizado pelo sistema negativo;

O trabalho lquido Wliq realizado pelo sistema durante um ciclo completo representado pela rea sombreada.


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Experimentos mostram algo surpreendente! A grandeza QW a mesma para todos os processos termodinmicos. Ela depende apenas dos estados inicial e final e no depende da maneira como o sistema passou de um estado para outro.

Esta diferena QW representa uma propriedade intrnseca do sistema, que a energia interna (Eint). Assim:

A energia interna (Eint) de um sistema tende a aumentar, se acrescemos energia na forma de calor (Q) , e a diminuir, se removemos energia na forma de trabalho realizado pelo sistema.

Para uma variao infinitesimal:


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1) Processo adiabtico: no ocorre troca de calor entre o sistema (gs) e o ambiente.

2) Processo a volume constante: o sistema no realiza trabalho.

3) Processos cclicos: Aps certas trocas de calor e de trabalho, o sistema volta ao estado inicial.

3) Expanses livres: So processos adiabticos nos quais nenhum trabalho realizado.


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  • Resumindo:


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1) (Halliday, p.199) Suponha que 1Kg de gua a 100C convertido em vapor a 100C presso atmosfrica padro (1atm=1,01.105Pa) no arranjo da figura abaixo. O volume da gua varia de um valor inicial de 1.10-3m3 do lquido para 1,671m3 do vapor. (Dado: Lv=2256KJ/Kg)

Qual o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo?

Qual a energia transferida em forma de calor durante o processo?

Qual a variao da energia interna do sistema durante o processo?


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1) (Halliday, p.209) Um gs em uma cmara fechada passa pelo ciclo mostrado no diagrama p-v da figura. Calcule a energia lquida adicionada ao sistema em forma de calor durante um ciclo completo.

2) (Halliday, p.209) Um trabalho de 200J realizado sobre um sistema, e uma quantidade de calor de 70cal removida do sistema. Qual o valor (incluindo o sinal) (a) de W, (b) de Q e (c) de Eint? (Obs: 4,18J=1cal)


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