Sistema e volume de controle

Um sistema é definido como uma quantidade de matéria ou região no espaço, em que a massa fora do sistema é chamado de vizinhança, e a superfície que separa o sistema de sua vizinhança é chamado fronteira, conforme Fig.5.

Figura 5: Representação conceitual de sistema.

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A fronteira do sistema pode ser fixa ou móvel, sendo considerada desprezível em relação à massa, espessura e volume.

Um sistema fechado (ou massa de controle) consistem em uma quantidade fixa de massa, e nenhuma massa pode atravessar sua fronteira, mas permite que energia atravesse suas fronteiras. Se nem energia pode atravessar as fronteiras este sistema é chamado de sistema isolado.

Um sistema aberto (ou volume de controle) é uma região do espaço, em que tanto massa quanto energia podem cruzar a sua fronteira. Um volume de controle pode ter uma fronteira móvel ou fixa e esta fronteira pode ou não coincidir com a fronteira real do sistema (Fig.6).

Figura 6: Representação de volumes de controle.

Propriedades são características de um sistema e podem ser classificadas como intensiva ou extensiva. As propriedades intensivas são independentes da massa de um sistema, tais como temperatura, pressão e densidade. As propriedades extensivas são valores que dependem do tamanho – ou extensão — do sistema, tais como a massa total, o volume total e a quantidade de movimento total de um sistema.

Propriedades específicas são propriedades extensivas por unidade de massa, tais como o volume específico (ν=V/m).

O estado de um sistema é uma condição do mesmo que é descrita completamente por um conjunto de propriedades. Um sistema em estado de equilíbrio não passa por mudanças quando é isolado de sua vizinhança. Um sistema está em: i) equilíbrio térmico se a temperatura for igual em todo o sistema, ii) equilíbrio mecânico se não houver variação na pressão em quanlquer ponto do sistema com o tempo, iii) equilíbrio de fase quando a massa de cada fase atinge um equilíbrio e permanece nele, e iv) equilíbrio químico se sua composição química não mudar com o tempo.

A especificação de um determinado número de propriedades é suficiente para fixar um estado, tem-se de acordo com postulado de estado:

O estado de um sistema compressível simples é completamente especificado por duas propriedades intensivas independentes.

Um sistema compressível simples tem ausência de efeitos elétricos, magnéticos, gravitacionais, de movimento e de tensão superficial.

4  Processos e ciclos

Processo é toda mudança pela qual um sistema passa de um estado de equilíbrio para outro. A série de estados através dos quais um sistema passa durante um processo é chamada de percurso do processo (Fig. 7).

Figura 7: Processo e percurso.

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Um processo quase estático ou de quase equilíbrio envolve um processo que se desenvolve de forma que o sistema permaneça infinitesimalmente próximo a um estado de equilíbrio em todos os momentos .

Diagramas de processos facilitam a visualização da evolução do mesmo. Algumas propriedades comuns são a temperatura T, a pressão P, e o volume V, na Fig. 8 está ilustrado um processo de compressão de um gás.

Figura 8: Diagrama de processo P-V.

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Um processo isotérmico é um processo durante o qual a temperatura permanece constante.Num processo isobábrico a pressão permanece constante e no isocórico (ou isométrico) o volume específico permanece constante.

Um sistema realiza um ciclo quando os estados inicial e final são idênticos.

5  Processo em regime permanente

Um processo durante o qual um fluido escoa através de um volume de controle de forma permanente, i.e., de forma em que não há nenhuma modificação com o tempo, é chamado de processo em regime permanente (Fig. 9).

Figura 9: Exemplo de processo em regime permanente.

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