O que são propriedades termodinâmicas? Cite as nove (9) mais frequentes na Mecânica dos Fluidos e escreva as unidades de cada uma delas no SI.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) explicar o que são propriedades termodinâmicas; (2) citar as nove (9) mais frequentes na Mecânica dos Fluidos e escrever as unidades de cada uma no SI. Vou listar claramente o que vou entregar: definição geral de propriedade termodinâmica, distinção útil (intensiva vs. extensiva / específica), e em seguida cada uma das nove propriedades pedidas com uma definição didática e a unidade no SI.
Passo 2
O que são propriedades termodinâmicas?
Propriedades termodinâmicas são grandezas que descrevem o estado macroscópico de um sistema termodinâmico (por exemplo um fluido numa tubulação). Elas resumem informação como “quão quente está”, “quanto espaço ocupa”, “quanta energia tem por unidade de massa”, etc. Em prova, pense: propriedades são os parâmetros que definem o estado de equilíbrio do fluido. Algumas são extensivas (dependem da massa total) e outras são intensivas (independem da massa). Para uso em Mecânica dos Fluidos é comum trabalhar com propriedades específicas (por unidade de massa), que são intensivas.
Propriedades termodinâmicas são grandezas que descrevem o estado macroscópico de um sistema termodinâmico (por exemplo um fluido numa tubulação). Elas resumem informação como “quão quente está”, “quanto espaço ocupa”, “quanta energia tem por unidade de massa”, etc. Em prova, pense: propriedades são os parâmetros que definem o estado de equilíbrio do fluido. Algumas são extensivas (dependem da massa total) e outras são intensivas (independem da massa). Para uso em Mecânica dos Fluidos é comum trabalhar com propriedades específicas (por unidade de massa), que são intensivas.
Passo 3
Pressão — símbolo
.
Definição curta: força exercida por unidade de área sobre uma superfície imersa no fluido. É a propriedade que aparece em todas as equações de equilíbrio e de movimento (por exemplo Navier–Stokes, ou Bernoulli). Medição típica: manômetro, transdutor de pressão.
Unidade no SI: (Pascal), onde
. Em TeX:
.
Definição curta: força exercida por unidade de área sobre uma superfície imersa no fluido. É a propriedade que aparece em todas as equações de equilíbrio e de movimento (por exemplo Navier–Stokes, ou Bernoulli). Medição típica: manômetro, transdutor de pressão.
Unidade no SI:
Passo 4
Temperatura — símbolo
.
Definição curta: medida da energia térmica média relacionada ao movimento microscópico; controla trocas de calor. Na termodinâmica aparece em leis como a primeira e a segunda lei e no cálculo de propriedades dependentes da temperatura. Medição típica: termopar, termômetro de resistência.
Unidade no SI: kelvin, . Em provas, tome cuidado: temperatura em Celsius não é unidade termodinâmica primária; transforme para Kelvin quando necessário (
).
Definição curta: medida da energia térmica média relacionada ao movimento microscópico; controla trocas de calor. Na termodinâmica aparece em leis como a primeira e a segunda lei e no cálculo de propriedades dependentes da temperatura. Medição típica: termopar, termômetro de resistência.
Unidade no SI: kelvin,
Passo 5
Densidade — símbolo
.
Definição curta: massa por unidade de volume; diz “quanto de massa cabe num determinado volume do fluido”. Relação com volume específico: . É essencial em leis de conservação de massa e momento.
Unidade no SI: . Em TeX:
.
Definição curta: massa por unidade de volume; diz “quanto de massa cabe num determinado volume do fluido”. Relação com volume específico:
Unidade no SI:
Passo 6
Volume específico — símbolo
.
Definição curta: volume por unidade de massa; é a inversa da densidade: . Usamos
quando preferimos trabalhar com quantidades “por kg” em termodinâmica.
Unidade no SI: .
Definição curta: volume por unidade de massa; é a inversa da densidade:
Unidade no SI:
Passo 7
Energia interna específica — símbolo
.
Definição curta: energia armazenada no fluido por unidade de massa devido ao movimento molecular e interações internas (não inclui energia macroscópica como cinética ou potencial). Em termodinâmica a primeira lei para uma massa fixa envolve .
Unidade no SI: joule por quilograma, . Nota prática:
, então energeticamente dá para interpretar como velocidade ao quadrado.
Definição curta: energia armazenada no fluido por unidade de massa devido ao movimento molecular e interações internas (não inclui energia macroscópica como cinética ou potencial). Em termodinâmica a primeira lei para uma massa fixa envolve
Unidade no SI: joule por quilograma,
Passo 8
Enthalpia específica — símbolo
.
Definição curta: energia por unidade de massa que combina energia interna e a energia “de fluxo” ; por definição
. Entra naturalmente em balanços de energia para fluxos (controle de volume), por isso é muito usada em Mecânica dos Fluidos quando há escoamento.
Unidade no SI: .
Definição curta: energia por unidade de massa que combina energia interna e a energia “de fluxo”
Unidade no SI:
Passo 9
Entropia específica — símbolo
.
Definição curta: medida da “desordem” por unidade de massa ou, mais útil, da irreversibilidade e do potencial para produzir trabalho. A segunda lei da termodinâmica envolve e sua variação; para processos reversíveis
.
Unidade no SI: joule por quilograma-kelvin, .
Definição curta: medida da “desordem” por unidade de massa ou, mais útil, da irreversibilidade e do potencial para produzir trabalho. A segunda lei da termodinâmica envolve
Unidade no SI: joule por quilograma-kelvin,
Passo 10
Calores específicos (específicos) — símbolos
e
.
Definição curta: quantifica quanto calor é preciso fornecer por unidade de massa para elevar a temperatura de um sistema em .
é medido mantendo volume constante;
mantendo pressão constante. Relações úteis (gás ideal):
(constante do gás) e
.
Unidade no SI: para ambos
e
.
Definição curta: quantifica quanto calor é preciso fornecer por unidade de massa para elevar a temperatura de um sistema em
Unidade no SI:
Passo 11
Resumo de relações úteis e dicas de prova (como usar essas propriedades)
- Volume específico e densidade:
. - Enthalpia:
. Explique: é “energia interna por kg” e é “energia associada ao empuxo/fluxo” por kg; a soma é , muito útil com escoamentos. - Para um gás ideal:
, onde é a constante específica do gás ( ). Use isso para relacionar em exercícios. - Primeira lei (por unidade de massa, forma diferencial para sistemas fechados):
. Para processos com trabalho de pressão e calor reversível , tem-se a relação de passo 9.
Dica de prova: ao ver enunciado com “por unidade de massa” pense imediatamente em propriedades específicas (); ao ver escoamento em tubulação, espere aparecerem.
Resposta
Pressão
— unidade:
Temperatura — unidade:
Densidade — unidade:
Volume específico — unidade:
Energia interna específica — unidade:
Entalpia específica — unidade:
Entropia específica — unidade:
Calor específico a pressão constante — unidade:
Calor específico a volume constante — unidade:
Temperatura
Densidade
Volume específico
Energia interna específica
Entalpia específica
Entropia específica
Calor específico a pressão constante
Calor específico a volume constante