Resumo de fisica: Termodinâmica - aprofundamento

Termodinâmica - Energia cinética das partículas

VELOCIDADE QUADRÁTICA MÉDIA E VELOCIDADE PARTICULAR MÉDIA DAS PARTÍCULAS DE UM GÁS:
Vamos analisar o caso mais comum de gás, que é o monoatômico, com três graus de liberdade ou componentes de movimento, energias cinéticas em x, y e z. De maneira primitiva, didática, um pouco intensiva e um pouco extensiva, podemos igualar, livremente, a energia interna à energia cinética, temos:

$U=E_c$ logo temos que $\frac{3}{2}\cdot nRT=m\cdot\frac{v^2}{2}$ , mas $n=\frac{m}{M}$ :
$\frac{3}{2}\cdot \frac{m}{M}RT=m\cdot\frac{v^2}{2}$ logo temos que:
$v^2=\frac{3RT}{M}$ que chamamos de velocidade quadrática média, dependente da temperatura diretamente e inversamente em relação à massa molar, isto é, para mesmas temperaturas, terá maior velocidade quadrática média as menores partículas e moléculas, e finalmente temos: $v=\sqrt{\frac{3RT}{M}}$

Termodinâmica - Ciclo Otto

CAMINHO LIVRE MÉDIO OU LIVRE PERCURSO MÉDIO DE UM GÁS:
Caminho livre médio ou livre percurso médio de um gás é a grandeza que representa, em média, a distância que uma partícula do gás percorre entre dois choques particulares consecutivos. É a distância média sem colisão, em média, para todas as partículas.

DiagramaDescrição gerada automaticamente

Para estimar o livre percurso médio vamos pensar em um cilindro, com base de raio d, e altura ou comprimento igual a L. Imaginemos que nesse cilindro exista N partículas que a nossa partícula pode ‘relar’. O livre percurso médio (λ) é igual ao deslocamento, L, dividido pelo número de partículas presentes no cilindro que podem encostar. Logo, temos:
$\lambda =\frac{L}{N}=\frac{L}{\rho \cdot\pi \cdot d^2\cdot L}$ o que dá: $\lambda =\frac{1}{\rho \cdot\pi \cdot d^2}$ .
Mas isso com o referencial em uma das partículas colisoras. Mas se levarmos em conta o movimento das duas partículas, para o caso mais comum (que é o perpendicular), a velocidade relativa seria v√2 e temos que colocar isso em nossa equação, logo:

$\lambda =\frac{1}{\rho \cdot\pi \cdot d^2}$

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Termodinâmica - Ciclo Diesel

O ciclo Diesel é um ciclo termodinâmico constituído por uma compressão adiabática (AB), seguida de uma expansão isobárica (BC), que é onde o gás recebe calor, seguida de uma expansão adiabática (CD), seguida finalmente por uma descompressão isocórica (DA), que é onde o gás rejeita calor para o meio externo, retornando ao estado inicial repetitivo.

2. CICLO OTTO:
O ciclo Otto é um ciclo termodinâmico constituído por uma admissão isobárica de 0 até 1, seguido de uma compressão adiabática com contração, 1 a 2, seguida de uma compressão isocórica ou isovolumétrica, 2 a 3, que é onde ocorre o recebimento de calor do meio externo e a explosão, seguida de uma expansão adiabática, de 3 a 4 e finalmente uma descompressão isocórica que é quando o gás cede calor, de 4 a 5, seguida da exaustão isobárica até a pressão atmosférica, de 5 a 0 e tudo se repete.
Para o ciclo Otto há a necessidade da faísca elétrica para ignição.

DiagramaDescrição gerada automaticamente

Rendimento do ciclo Otto:
$\eta =1-\frac{1}{r^{\gamma -1}}$ , com r sendo a taxa de compressão, que é a relação entre o volume do ponto 1 pelo ponto 2 ou o volume do ponto 4 pelo do ponto 3, que é o mesmo. É a taxa de compressão característica. E também o γ sendo a relação entre o calor específico do gás a pressão constante pelo calor específico do gás a volume constante, ou número de Poisson: $\gamma =\frac{C_P}{C_V}$ .

Termodinâmica - Entropia e máquinas térmicas

ENTROPIA E MÁQUINAS TÉRMICAS: A USINA:
A entropia mede a desordem, a decadência, a degradação de um sistema termodinâmico, e é diretamente proporcional ao calor trocado com a fonte que possui temperatura constante, devido à sua capacidade térmica infinita. Quando um sistema perde calor, diminui sua quantidade de energia degradada, diminuindo a entropia. Quando um sistema ganha calor, aumenta sua quantidade de energia degradada com pouco potencial de realização de trabalho, aumentando a entropia.
Logo temos:

Usinas de geração de energia elétrica por ciclo de Carnot simples:
Ciclos de Carnot são duas isotérmicas e duas adiabáticas minimizadoras de perdas de calor intercaladas, gerando as melhores máquinas reais possíveis.
Para calcular o rendimento de um ciclo, deve-se calcular o trabalho pela área interna do ciclo ou pela primeira lei da termo, depois calcular todos os calores recebidos pelo gás (descobrir trechos com aumento de temperatura) e dividir o trabalho pela soma de calores recebidos. Para comparar esse rendimento desse ciclo com o ciclo de Carnot equivalente, deve-se calcular o rendimento de Carnot, que é um menos a razão entre a mínima temperatura e a máxima temperatura, que devem já ser conhecidas.
Resultado de imagem para rendimento de carnot com TL: temperatura mínima e TH a temperatura máxima, da caldeira.

Resultado de imagem para termodinamica e ciclo p x v Resultado de imagem para usinas de carnot

O fluido é vaporizado, o vapor roda as pás da turbina que transforma energia mecânica de rotação em eletricidade para distribuição; o vapor sai da turbina e passa pelo condensador, onde cede calor ao meio ambiente, e depois de liquefeito vai para o compressor ou bomba, para aumentar sua pressão e ser introduzido na caldeira, onde recebe o calor do combustível, vaporiza e começa novamente outro ciclo, em repetição.