Termodinâmica

Objectivos

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

- nos processos físicos e respectivas leis que ocorrem em sistemas termodinâmicos, aplicada à análise de problemas de transferência de calor, e de conversão de calor em trabalho ou vice-versa, em particular a) fenómenos de transferência de calor como a condução, a convecção e a radiação, e aquisição de competências para implementação de sistemas dissipadores ou isoladores do calor elementares,; b)  estudo de transições de fase:; c) comprensão de ciclos termodinâmicos com o objectivo do estudo de máquinas térmicas, frigorificas e de bombas de calor, que lhes permita calcular rendimentos ou eficiências em ciclos operando com gás ideal em processos reversíveis; d) entropia e sua produção em processos concretos ; e) potenciais termodinâmicos; f) verificação experimental em aulas de laboratótio de alguns dos procesos físicos anteriormente descritos, e aquisição de competências na elaboração de relatórios e na análise de resultados experimentais.

 

 

Caracterização geral

Código

10540

Créditos

6.0

Professor responsável

António Alberto Dias

Horas

Semanais - 5

Totais - 85

Idioma de ensino

Português

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. 

Método de avaliação

Artigo 1.º - Componente Teórica – T
1. A participação ativa em aula obriga à inscrição no turno teórico, T.
2. As aulas teóricas têm um período de contacto docente de 3 hora/semana, distribuídos em duas aulas por semana.
3. No início do semestre é disponibilizado uma programação provisoria das aulas e testes.
4 A avaliação desta componente é efetuada através de prova de conhecimentos por testes ou exame. No âmbito da avaliação contínua serão efetuados 2 testes ao longo do semestre, cuja classificação é arredondada às décimas.
5. A classificação da componente T (CT) é a média aritmética, arredondada à unidade, das classificações obtidas nos testes ou a classificação do exame final.
6. O estudante que obtenha uma classificação CT igual ou superior a 10 valores obtêm aprovação na componente teórica.

Artigo 2.º - Componente Prática  P
1. As aulas práticas são obrigatórias, com registo de presença, para estudantes sem frequência. Estas aulas dividem-se em aulas de laboratório, as que decorrem no Lab 104 Ed. I, e aulas de problemas.
P - Lab
2. As aulas de laboratório têm duração de 2 horas e funcionarão em semanas alternadas.
3. Na primeira aula de laboratório são constituídos os grupos de trabalho (não mais de 2 estudantes por grupo); é efetuada uma revisão sobre a análise de resultados; e é apresentado o planeamento de aulas.
4. A execução de cada trabalho de laboratório e respetivo mini-relatório é classificada de 0 a 20 valores. A ausência à aula ou a não entrega de relatório é classificada com zero valores.
5. O estudante que obtenha uma nota média nos mini-relatórios, MR, arredondada à unidade, superior ou igual a dez valores é aprovado na componente de laboratório.
6. O estudante aprovado na componente de laboratório têm acesso a um teste prático, Tp, no final do semestre, individual e sem consulta, podendo envolver questões de todos os trabalhos previstos para o seu grupo e os conteúdos relativos à análise de resultados.
7. A nota da componente de laboratório, CP, arredonda à unidade, é 70% da nota MR mais 30% da nota obtida no Tp.
P - Problemas
8. O estudante com frequência está dispensado desta componente, mas poderá solicitar ao docente do turno para assistir às aulas de problemas.
9. As aulas de problemas têm duração de 2 hora/semana.
10. Nas aulas de problemas serão discutidos e resolvidos problemas sobre a matéria lecionada nas aulas teóricas. No início do semestre é disponibilizado uma programação provisoria das aulas de problemas.
11. O estudante deve gerir a possibilidade de poder não comparecer a 1/3 das aulas de forma a poder utilizar essas faltas para eventuais compromissos ou situações imponderáveis, incluindo situações pontuais de doença..

Artigo 3.º - Frequência
1. O estudante que participe, em pelo menos, 2/3 das aulas de Problemas e obtenha aprovação na componente de laboratório, obtêm frequência nesta Unidade Curricular (UC).
2. A lista de estudantes com frequência em anos anteriores estará no CLIP em "Documentação de Apoio > Outros, até ao final da primeira semana de aulas.

Artigo 4.º - Aprovação
1. O estudante com frequência e que obtenha uma nota CT maior ou igual a dez valores, obtêm aprovação nesta UC.

Artigo 5.º - Classificação Final
1. A classificação final (CF) é o resultado da seguinte expressão aproximado à unidade: CF = CT×0,7 + CP×0,3
2. Se a classificação final for superior a 16 valores, o estudante é admitido a uma prova adicional (ex.: oral).
3. Na prova adicional o estudante pode subir ou descer a sua classificação, com garantia de nota mínima de 16 valores.
4. A ausência à prova adicional traduz a aceitação por parte do estudante da nota final de 16 valores.

Artigo 6.º - Melhoria de Nota
1. O estudante que pretenda efetuar melhoria de nota deve cumprir, para esse efeito, as formalidades legais de inscrição.
2. O estudante que obtenha classificação final, por melhoria, superior a 16 valores fica sujeito às condições descritas nos pontos 2, 3 e 4 do Artigo 5.º.

Artigo 7.º - Conduta em Aula
1. Para que todos beneficiem da experiência de aprendizagem é exigido todo estudante que respeite nas aulas o seguinte:
a. Pontualidade: Deverá estar presentes na sala à hora de começo da aula. O docente poderá impedir a entrada para atrasos superiores a 5 minutos;
b. Preparação das aulas e participação nas discussões: A participação ativa exige que que cada estudante prepare a matéria apresentada e discutida nas aulas, e que contribua positivamente para as discussões científicas dos temas.

Artigo 8.º - Testes e Exame
1. Cada teste incidirá essencialmente sobre toda a matéria lecionada nas aulas Teóricas até à aula anterior ao teste.
2. Apesar da avaliação nos testes não ser cumulativa, e devido à natureza dos assuntos abordados nesta UC, 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 dos testes e exame serão publicados no CLIP, no dia da prova.
4. Cada estudante só poderá ter consigo durante a prova de avaliação:
a. Material de escrita;
b. Documento de identificação com fotografia;
c. Máquina de calcular científica, não programável e não gráfica.
5. Durante a realização das provas não é permitido a consulta de quaisquer elementos pessoais ou de outrem, para lá do formulário distribuído com a prova.
6. Não é permitido desagrafar as folhas dos enunciados.
7. A prova será anulada se não forem satisfeitos os n.ºs 4, 5 ou 6.
8. Situações de fraude, em qualquer momento de avaliação, serão tratadas como indicado no regulamento de avaliação de conhecimentos desta Faculdade.

Artigo 9.º - Outros
1. Quando contactar por mensagem eletrónica, qualquer docente, deve indicar no “Assunto” a seguinte informação: “Termodinâmica - Nome – N.º de estudante – Assunto”.
2. Questões cuja resposta conste nos Método de Avaliação ou na página desta UC no CLIP, não são respondidas.

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: