Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP Exemplo 1: Conforme...

Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP

Exemplo 1: Conforme mostrado na Fig. o sistema consiste de uma mola e uma força F aplicada na direção do eixo da mola. Assume-se que o produto força-deslocamento é uma relação linear na qual a força é sempre igual a kx.

a) Represente graficamente o trabalho desenvolvido e proponha uma expressão para o trabalho.

b) Se a constante da mola é 20 kN/m, qual é o trabalho realizado quando a mola é comprimida 75 mm?

Calor e trabalho (cont.)


Exemplo 2: Gás num conjunto cilindro-pistão passa por um processo de expansão cuja relação pressão-volume é dada por:

A pressão inicial é 3 bars, o volume inicial é 0,1 m3, e o volume final é 0,2 m3. Determine o trabalho para o processo, em kJ, se (a) n = 1,5; (b) n = 1,0, e (c) n = 0.

constantenVp


Definição de Calor

• Calor é a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema a uma dada temperatura para outro sistema (ou arredores) a uma temperatura mais baixa em virtude da diferença de temperatura entre os dois sistemas.

• Um corpo nunca contém calor. Contém energia.

• Calor só pode ser identificado enquanto cruzando a fronteira. Calor é um fenômeno transitório.

• (+) Q calor transferido para o sistema (sistema ganha energia)

• (-) Q calor transferido do sistema (sistema perde energia)


Exemplo 3: temos um sistema fechado não adiabático preenchido por um fluido em repouso; colocamos as paredes não adiabáticas do sistema em contato com fontes de alta temperatura; Após um curto espaço de tempo, observamos uma agitação do fluído.

O efeito descrito no exemplo acima é uma iteração de calor, e neste caso uma quantidade de energia (Q) foi transferida na iteração e esta quantidade de energia (Q) é igual à mudança energética da massa que compõe o sistema. Ou seja, calor e trabalho são mecanismos pelos quais a energia é transferida em sistemas fechados.

Relembrando: no sistema fechado, apenas calor e trabalho podem cruzar as fronteiras do sistema.


Outra definição para processo adiabático: um processo com transferência de calor nula (Q = 0).

Calor é uma função de linha, como trabalho, e é reconhecido como uma diferencial inexata:

21

2

1

QQ

A taxa de transferência de calor é dada por:

dtQQ

por unidade de massa:

mQq

12 QQ


Métodos de Transferência de Calor

1. Condução

Lei de Fourier da condução:

dxdTkAQ

1. Convecção

Lei do resfriamento de Newton:

ThAQ

1. Radiação

Taxa de emissão superficial de energia:

4sATQ


Exemplo 4: Um fluido a 30 oC e coeficiente de troca de calor por convecção igual a 50 W/m2K molha a superfície de uma placa de alumínio (k = 237 W/moC), de 15 cm de espessura e 0,08 m2 de área. Sabendo-se que a temperatura da face direita do conjunto vale 135 oC, determine

(a) o calor trocado pelo sistema, e

(b) a temperatura máxima da placa.

Fonte de Energia

Δx = 15 cm

Qcond. Qconv.

∞

s


Comparação entre Trabalho e Calor

1. Calor e trabalho são fenômenos transitórios. Sistemas nunca possuem calor ou trabalho, mas cada um ou ambos cruzam a fronteira do sistema quando este sofre uma mudança de estado.

2. Ambos calor e trabalho são fenômenos de fronteira. Ambos são observados somente nas fronteiras do sistema e ambos representam energia cruzando a fronteira do sistema.

3. Tanto calor como trabalho são funções de linha e tem diferenciais inexatas.

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