Fundamentos da Termodinâmica

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No curso de Fundamentos da Termodinâmica procuramos compreender os fatores que constantemente influenciam as propriedades de um sistema, com a definição das variáveis e dos estados de uma substância. Identificamos os tipos de propriedades extensivas e intensivas, como funções que relacionam um tipo de propriedade a um estado. Estudamos mais detalhadamente os estados de equilíbrio da matéria por meio da hipótese do contínuo. Buscamos compreender os tipos de processos termodinâmicos de quase-equilíbrio, entendendo como relacionar propriedades por meio de alguns diagramas de processo. Vimos também o conceito de fase de uma substância pura, definindo os processos de transição de fase a partir do estudo do comportamento de fluidos puros sob aquecimento. 

Por fim, estudamos com um pouco mais de afinco o conceito de calor, buscando entender as principais diferenças entre essa grandeza e o conceito de temperatura. Como consequência, estudamos ainda as técnicas de medição de temperatura em diferentes sistemas, bem como os processos de transferência de calor nos corpos sólidos e as relações do calor latente com os processos de mudança de fase. 

Falamos sobre alguns tipos de trabalhos mecânicos e definimos as taxas de transferência de calor, aplicando esses conceitos nos balanços de energia definidos pela primeira lei. Definimos, ainda, os parâmetros de eficiência térmica e coeficientes de desempenho nos ciclos de refrigeração e bomba de calor. 
A seguir, procuramos concentrar nossos esforços nas extensões dos conceitos de conservação de energia de modo a incluir a massa. Definimos o princípio de conservação da massa a partir das taxas de fluxo e vazão volumétrica, entendendo as principais diferenças entre a interpretação dos sistemas fechados em relação aos volumes de controle e formulando o balanço de energia aplicado a um volume de controle. 

Estudamos, também, alguns tipos de diagramas de fases para substâncias puras. Analisamos os conceitos de transformações de fases ao considerar as relações das propriedades analisadas no diagrama em função de uma outra propriedade mantida fixa. Estudamos como as substâncias líquidas ou em forma de vapor se comportam para cada tipo de ambiente, em diferentes temperaturas ou pressões. Por fim, analisamos como o comportamento dos gases pode se aproximar ou afastar do ideal ao explorar o fator de compressibilidade de uma determinada substância, e como este coeficiente é determinante na descrição de muitos gases reais. 

Continuamos o estudo a respeito dos conceitos de energia e suas relações com as irreversibilidades de um sistema, durante um processo. No tópico A segunda lei da termodinâmica aplicada a sistemas, estudamos algumas implicações do princípio de conservação da energia ao considerar as irreversibilidades de um sistema. Iniciamos a discussão da segunda lei da termodinâmica a partir da discussão das possibilidades de ocorrência de um processo em equilíbrio. 
Confirmamos os enunciados de Clausius e de Kelvin-Planck, demonstrando os parâmetros aos quais ambos se aplicam e em que ponto convergem. Caracterizamos o conceito de irreversibilidades em um sistema, associando sua existência aos processos reais. 

No segundo tópico A segunda lei da termodinâmica para volumes de controle, buscamos apresentar o conceito de entropia como uma propriedade extensiva de um sistema. Inicialmente definimos entropia segundo uma análise simplificada, mostrando o ponto de vista microscópico do conceito de desordem. Em seguida, procuramos diferenciar a entropia de outras propriedades, como massa e energia, estabelecendo a equação chamada de desigualdade de Clausius.  
Buscamos definir matematicamente os conceitos de variação da entropia, balanço de entropia em sistemas fechados e volumes de controle, até chegarmos ao princípio de aumento da entropia, e deduzindo a quantidade de geração ou produção de entropia associada internamente ao sistema. 

No tópico Ciclo de Carnot demos início à discussão dos ciclos ideais, estudando cuidadosamente o ciclo de Carnot e os seus processos. Estendemos nossa análise ao considerarmos as limitações das máquinas térmicas por meio dos princípios de Carnot, definidos em relação ao parâmetro de eficiência térmica. Estudamos os limites de eficiência (ou eficiência máxima) e os limites de desempenho nos refrigeradores de bombas de calor, relacionando esses parâmetros aos ciclos ideais e reais. 

No último tópico, Máquinas térmicas reais e ideais, debatemos a situação energética atual no Brasil e no mundo analisando os sistemas de geração de potência a partir das fontes utilizadas para a produção de energia elétrica. Discutimos brevemente os aspectos políticos e sociais envolvidos no projeto e construção de usinas (ou plantas) de potência, entendendo em qual lugar o Brasil se encontra em relação aos outros países no consumo de recursos renováveis e fontes de geração de energia limpa. Concentramos esforços nas definições dos componentes e no funcionamento dos sistemas de potência a vapor, estudando as características para as plantas de potência de combustíveis fósseis e comparando com outros sistemas de geração de energia, como a nuclear e a eólica. Em seguida, buscamos comparar a situação entre os ciclos a vapor reais e ideais, estudando os principais desvios dos ciclos de potência a vapor com o ciclo de Carnot. 
 

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