Termodinamica

TERMODINÂMICA

Conhecemos: Um sistema de massa conhecida sofre um processo recebendo uma quantidade de trabalho e transferindo uma quantidade de calor conhecidos. O sistema está inicialmente em repouso e no estado final tem velocidade de 60 m/s e elevação de 50 m. Obter: Determinar a variação de energia interna do sistema.

Hipótese: 1-O sistema sob análise é um sistema fechado, constituído da massa de 25 kg 2- No estado final o sistema está em equilíbrio ( velocidade uniforme) análise: a primeira lei da termodinâmica ( balanço de energia) para o sistema fechado é ou 1 Q 2 = D U + D EC + D EP + 1W2 1 Q 2 = DE + 1W2 a variação de energia cinética e potencial é: 1 1 m2 DEC = m ( V 22 - V 12 ) ® D E C = ( 2 5 kg )( 6 0 2 - 0 2 ) 2 ® 2 2 s

D E C = 45 000 J

DEP = mg ( Z 2 - Z 1 ) ® DEP = 25 ( kg ) 9,78 (

substituindo os valores numéricos na expressão da 1 a lei obtemos o valor de DU, DU = 1 Q 2 - DEC - DEP - 1W2 ® DU = ( -30 kJ ) - ( 45,0 kJ ) - (12,225 kJ ) - ( -200 kJ ) Comentários: 1- O sinal positivo de DU indica que a energia interna do sistema aumentou. 2- Deve-se observar cuidadosamente a conversão de unidades 3- O balanço de energia pode ser obtido pela seguinte planilha Entradas Variações Internas Saídas 200 kJ (trabalho) 45,000 kJ (energia cinética) 30 kJ (calor transferido) 12,225 kJ (energia potencial) 112,775 kJ (energia interna) 200 kJ 170,000 kJ ( variação total ) 30 kJ

m )(50 - 0) m ® S2

DEP = 12 225 J

Þ

DU = - 87,225 + 200 = + 112,775 kJ

A entrada líquida de energia excede a saída líquida de energia em 170 kJ, e portanto, a energia interna do sistema aumentou.( a energia se conservou ! ) Exemplo 4.2-2 Considere 5 kg de vapor de água contida no interior do conjunto cilindro-pistão. O o vapor sofre uma expansão do estado 1 onde P = 5,0 bar e T=240 C para o estado 2 onde o P=1,5 bar e T=200 C. Durante o processo 80 kJ de calor é transferida para o vapor. Uma hélice é colocada no interior do conjunto através de um eixo para