Termodinâmica

No final desta unidade curricular o estudante terá adquirido conhecimentos, aptidões e competências

Caracterização geral

Pré-requisitos

É recomendada a aprovação prévia nas disciplinas de

 "Análise Matemática I"

e

 "Mecânica".

Bibliografia

A: Engineering Thermodynamics; F. F. Huang

B: Fundamentals of Physics; Halliday/Resnick/Walker

C: Física (um curso universitário); Alonso e Finn ed. Brasileira, 1981, vol 1

D: Sebenta Fis II em Documentação de Apoio – Acetatos

E: Physics; Kane & Sternheim

F: Physics; Paul Tipler and Gene Mosca

Método de ensino

Informações gerais sobre o funcionamento da disciplina tais como regras, datas importantes, notas das avaliações e outras informações complementares estão disponíveis na página da disciplina no clip. Documentação necessária à realização das aulas práticas deverá ser consultada no no CLIP na pasta “Protocolos”. O programa, conteúdos programáticos das aulas e a bibliografia, estão disponíveis na página da disciplina no clip.  

A disciplina está dividida numa componente teórica e numa componente de laboratório. Os estudantes têm de ter sucesso escolar nas duas componentes.

As aulas teóricas decorrem em 2 sessões semanais de 1,5h e incluem resolução de problemas tipo. 

 As aulas práticas estão divididas em aulas de problemas e aulas laboratoriais. Nas primeiras são realizados alguns problemas das séries. Nas aulas laboratoriais são realizados trabalhos experimentais com o objectivo de acompanhar e verificar fenómenos e processos físicos descritos nas aulas teóricas e a desenvolver competências na montagem de laboratório e na experimentação. Os alunos entregam 4 relatórios desses trabalhos.

Método de avaliação

NOVO

Atendendo à situação de agravamento da pandemia, os estudantes que pretendam realizar o exame de recurso, deverão estar inscritos em Termodinâmica na plataforma moodle.

A prova de exame decorre na palataforma moodle, onde encontrarão mais informações sobre esse processo.

Só poderão aceder ao exame os estudantes que não tenham obtido aprovação nesta unidade curricular ou que se tenham inscrito regularmente para melhoria.

Preâmbulo
As aulas práticas de laboratório destinam-se apenas a obtenção de dados experimentais. A análise de dados e a produção do respetivo relatório é feita fora do laboratório. O relatório é entregue impreterivelmente até às 24 h do dia de realização do trabalho.
Os testes e exames serão presenciais.

Componente Teórica
1. A avaliação da componente teórica é efectuada através de testes ou exame. Este provas são presenciais.
2. No âmbito da avaliação contínua serão efectuados 2 testes ao longo do semestre, cuja classificação será arredondada às décimas.
3. A classificação da componente teórica (C_T) é a média aritmética arredondada às unidades das classificações obtidas nos testes ou a classificação do exame final.
4. Os estudantes que obtenham uma classificação C_T igual ou superior a 10 valores obtêm aprovação na componente teórica.

Componente Prática
1. A componente prática tem início na 2.ª semana de aulas. A primeira aula será online.
2. As aulas práticas são dividas em aulas de laboratórios e aulas de problemas.
3. As aulas de laboratório têm a duração máxima de 1,5 horas. A análise resultados e a produção de relatório não é feita presencialmente. O relatório deverá ser entregue até às 24 h, do dia da aula.
5. Nas aulas de laboratório serão realizados 4 trabalhos de laboratório. Na avaliação de cada trabalho é considerado o desempenho de cada aluno em laboratório (incluindo a preparação) e o relatório produzido.
6. A classificada de cada trabalho é feita na escala 0 e 20 valores. A ausência ou a não produção de relatório em qualquer trabalho corresponde a uma classificação nesse, de zero valores.
7. Nas aulas de problemas são discutidos e resolvidos exercícios de Termodinâmica. As aulas de problema não têm avaliação direta.
8. A classificação da componente prática, C_P, é a média aritmética arredondada às décimas das classificações obtidas nos quatro trabalhos de laboratório.
9. Os estudantes que obtenham uma classificação C_P igual ou superior a 10 valores obtêm aprovação na componente prática.

Frequência
1. Os estudantes aprovados na componente prática obtêm frequência.
2. A frequência obtida nos dois anos lectivos anteriores é válida no corrente ano lectivo. Os alunos com frequência não se podem inscrever nos turnos práticos.
3. A lista dos estudantes que obtiveram frequência nos dois anos lectivos anteriores está no CLIP em "Documentação de Apoio> Outros.
4. É da responsabilidade dos estudantes verificarem a sua situação e contactarem, no mais curto espaço de tempo, o professor no caso de detectarem alguma irregularidade.

Aprovação
1. Os estudantes aprovados simultaneamente nas componentes teórica e prática obtêm aprovação na unidade curricular.

Classificação Final dos Estudantes
1. A classificação final (CF) dos estudantes que obtiveram frequência no presente ano lectivo é o resultado da seguinte expressão aproximado às unidades:
CF = C_T×0,6 + C_P×0,4
2. Os estudantes que na ponderação enumerada no nº 1 obtenham classificação final superior a 16 valores são admitidos a uma prova adicional (oral ou escrita).
3. Na prova adicional mencionada no número anterior, os estudantes podem subir ou descer a nota final com a garantia de classificação mínima de 16 valores.
4. A ausência à prova adicional referida no número anterior traduz a aceitação por parte do estudante da nota final de 16 valores.

Melhoria de Nota
1. Os estudantes que pretendam efectuar melhoria de nota devem cumprir, para esse efeito, as formalidades legais de inscrição.
2. Os estudantes podem melhorar apenas a classificação da componente teórica.
3. As classificações da outra componente de avaliação (CP) obtida quer no próprio ano, quer no ano anterior, contribuem da forma prevista para a nova classificação final em caso de melhoria efectiva.
4. A nova classificação final é obtida seguindo a fórmula referida acima.
5. Os estudantes que obtenham classificação final superior a 16 valores são admitidos a uma prova adicional (oral ou escrita).
6. Na prova adicional mencionada no número anterior, os estudantes podem subir ou descer a nota final com a garantia de classificação mínima de 16 valores.
7. A ausência à prova oral referida no número anterior traduz a aceitação por parte do estudante da nota final de 16 valores.
8. Nos restantes casos, não previstos nos números anteriores, o estudante não melhora a classificação.

Regras Adicionais 
Para que todos beneficiem da experiência de aprendizagem é exigido aos estudantes que respeitem as seguintes regras de conduta na sala de aula:
1. Pontualidade: Os estudantes deverão estar presentes na aula à hora de começo da aula. Os docentes impedirão a entrada dos estudantes que cheguem mais de 5 minutos atrasados;
2. Preparação das aulas e participação nas discussões: A participação activa exige que os estudantes preparem a matéria apresentada e discutida nas aulas, e que contribuam para as discussões;
3. Os telemóveis devem permanecer desligados e guardados até ao fim da aula. Os estudantes que utilizem o telemóvel serão automaticamente convidados a sair da aula;
4. A utilização de computadores portáteis e outros aparelhos electrónicos nas salas de aulas está sujeita à aprovação dos docentes.

Regras Adicionais – Testes e Exame
1. Cada teste incidirá essencialmente sobre toda a matéria leccionada nas aulas teóricas até à aula teórica anterior ao teste.
2. Apesar de a avaliação nos testes não ser cumulativa, e devido à natureza dos assuntos abordados nesta Unidade Curricular, não é excluído que um elemento de avaliação se socorra de conhecimentos respeitantes à matéria avaliada em elemento(s) anterior(es).
3. O horário e salas para os testes estão (estarão) no CLIP.
4. Os estudantes só poderão ter consigo durante a prova de avaliação:
a) Caneta/esferográfica;
b) Documento de identificação com fotografia;
c) Máquina de calcular científica, não programável e não gráfica.
5. Durante a realização das provas não é permitida a utilização de aparelhos electrónicos, tais como máquinas de calcular programáveis ou gráficas, e telemóveis (os quais devem estar desligados e não podem estar sobre as mesas onde é realizada a prova).
6. Não é permitido desagrafar as folhas dos cadernos com os enunciados e com as resoluções feitas pelos estudantes na prova.
7. A prova será anulada se não forem satisfeitos os nºs 4, 5 ou 6.
8. Os estudantes que cometam fraude numa prova de avaliação (Teste ou Exame) terão a referida prova anulada, estão automaticamente reprovados na unidade curricular no presente ano lectivo, e perdem a frequência caso já a tenham obtido em anos lectivos anteriores, o que implica que terão que obter frequência no ano lectivo seguinte.

Conteúdo

1. Energia
1.1 Revisões sobre a grandeza Energia
1.2 Energia Interna

2. Teoria Cinética dos Gases
2.1 Pressão, Temperatura
2.2 Equipartição de Energia; Distribuição de Maxwell Boltzmann
2.3 Livre Percurso Médio, Difusão, Pressão Osmótica.

3. Conceitos fundamentais
3.1 Sistema termodinâmico
3.2 Propriedades termodinâmicas
3.3 Processos termodinâmicos

4. Propriedades e equação de estado
4.1 Pressão: barométrica, manométrica, absoluta
4.2 Equilíbrio térmico. Lei zero da Termodinâmica.
4.3 Propriedades termométricas
4.4 Escalas de temperatura
4.5 Equação de Estado e superfície P-V-T
4.6 Equação de estado de um gás ideal
4.7 Equação de estado de um gás real
4.8 Transformações físicas (transições de fase). Diagrama PV
4.9 Expansibilidade e Compressibilidade

5. Calor e Trabalho
5.1 Capacidade calorífica e calor específico
5.2 Calor em vários processos
5.3 Trabalho
5.4 Trabalho em vários processo
5.5 Experiência de Joule

6. Primeira Lei
6.1 Conservação de energia
6.2 Entalpia
6.3 Equações de energia interna
6.4 Processos adiabáticos

7. Transferência de calor
7.1 Condução
7.2 Convecção
7.3 Radiação

8. Segunda Lei
8.1 Segunda Lei – Enunciados de Kelvin e de Clausius
8.2 Teorema de Carnot; Temperatura termodinâmica
8.3 Entropia
8.4 Processos reversíveis e irreversíveis; Desigualdade de Clausius
8.5 Visão microscópica de Entropia

9. Primeira + Segunda Leis
9.1 Equações TdS; Exemplos de Aplicação
9.2 Diagramas TS

10. Diagramas HS
10.1 Introdução
10.2 Diagramas HS e aplicações

11. Máquinas térmicas, máquinas frigoríficas e bombas de calor.
11.1 Diagrama de fluxo de energia de máquinas térmicas. Rendimento
11.2 Diversas máquinas térmicas; funcionamento do ciclo termodinâmico e aplicações
11.3 Diagrama de fluxo de energia de um refrigerador. Eficiência
11.4 Diagrama de fluxo de energia de uma bomba de calor. Eficiência

12. Terceira Lei
12.1 Enunciado da Terceira Lei
12.2 Consequências da Terceira Lei

13. Potenciais termodinâmicos e relações de Maxwell
13.1 Potenciais Termodinâmicos;
13.2 Evolução dos sistemas para o equilíbrio
13.3 Relações de Maxwell

14. Sistemas Abertos
14.1 Modificação das equações
14.2 Potencial químico
14.3 Transições de fase.
14.4 Equação de Clausius-Clapeyron
14.5 Visão termodinâmica da difusão.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: