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Unidades de energia

A energia é geralmente definida como o potencial de trabalhar ou produzir calor. Essa definição faz com que a unidade SI para energia seja igual à unidade de trabalho – o joule (J) . Joule é uma unidade derivada de energia e é nomeado em homenagem a James Prescott Joule e seus experimentos sobre o equivalente mecânico do calor. Em termos mais fundamentais, 1 joule é igual a:

1 J = 1 kg.m ² / s ²

Como a energia é uma quantidade física fundamental e é usada em vários ramos físicos e de engenharia, existem muitas unidades de energia em física e engenharia.

• Joule (unidade: J)
• Calorias (unidade: cal)
• Unidade térmica Britich (unidade: BTU)
• Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)
• Quilowatt-hora (unidade: kWh)
• Megawatt-dia (unidade: MWd)
• Electronvolt (unidade: eV)

Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)

Força da libra-pé (unidade: ft.lbf) . A força da libra-pé é uma unidade derivada de trabalho e energia. É igual à energia transferida para um objeto quando uma força de uma libra-força (lbf) atua sobre esse objeto na direção de seu movimento, a uma distância de um pé. A unidade SI correspondente é o joule. A libra-pé é frequentemente usada em balística, especialmente nos Estados Unidos. Normalmente, as energias do focinho das balas são dadas em força de libra-pé.

• 1 pé-libra força = 1.356 J
• 1 pé-libra força = 0,324 cal
• 1 pé-libra força = 0.00129 BTU

Unidades de energia

A energia é geralmente definida como o potencial de trabalhar ou produzir calor. Essa definição faz com que a unidade SI para energia seja igual à unidade de trabalho – o joule (J) . Joule é uma unidade derivada de energia e é nomeado em homenagem a James Prescott Joule e seus experimentos sobre o equivalente mecânico do calor. Em termos mais fundamentais, 1 joule é igual a:

1 J = 1 kg.m ² / s ²

Como a energia é uma quantidade física fundamental e é usada em vários ramos físicos e de engenharia, existem muitas unidades de energia em física e engenharia.

• Joule (unidade: J)
• Calorias (unidade: cal)
• Unidade térmica Britich (unidade: BTU)
• Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)
• Quilowatt-hora (unidade: kWh)
• Megawatt-dia (unidade: MWd)
• Electronvolt (unidade: eV)

Unidade Térmica Britânica (unidade: BTU)

Unidade Térmica Britânica (unidade: BTU) . A Unidade Térmica Britânica é uma unidade tradicional de calor. Faz parte do sistema imperial britânico de unidades. É definida como a quantidade de calor que deve ser absorvida por 1 libra de água para aumentar sua temperatura em 1 ° F na temperatura em que a água tem sua maior densidade (aproximadamente 39 graus Fahrenheit ). Sua contrapartida no Sistema Internacional de Unidades (SI) é a caloria, que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius .

• 1 Unidade Térmica Britânica (BTU) = 1055 J
• 1 Unidade Térmica Britânica (BTU) = 252 calorias
• 1 Unidade Térmica Britânica (BTU) = 0,000293 kWh

Unidades de energia

A energia é geralmente definida como o potencial de trabalhar ou produzir calor. Essa definição faz com que a unidade SI para energia seja igual à unidade de trabalho – o joule (J) . Joule é uma unidade derivada de energia e é nomeado em homenagem a James Prescott Joule e seus experimentos sobre o equivalente mecânico do calor. Em termos mais fundamentais, 1 joule é igual a:

1 J = 1 kg.m ² / s ²

Como a energia é uma quantidade física fundamental e é usada em vários ramos físicos e de engenharia, existem muitas unidades de energia em física e engenharia.

• Joule (unidade: J)
• Calorias (unidade: cal)
• Unidade térmica Britich (unidade: BTU)
• Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)
• Quilowatt-hora (unidade: kWh)
• Megawatt-dia (unidade: MWd)
• Electronvolt (unidade: eV)

Calorias (unidade cal) – Unidade de Energia

Calorias (unidade: cal) . Calorias é uma unidade tradicional de calor. Faz parte do   Sistema Internacional de Unidades (SI). É definida como a quantidade de calor que deve ser absorvida por 1 grama de água para aumentar sua temperatura em 1 ° C. Sua contrapartida no sistema imperial britânico de unidades é a BTU, que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma libra de água em um grau Fahrenheit . Mas temos que distinguir entre pequenas calorias e grandes calorias. A grande caloria (unidade: Cal) é definida em termos de quilograma e não de grama. É igual a 1000 pequenas calorias e é 1 quilocaloria (unidade: kcal). É utilizado por nutricionistas para caracterizar o potencial de produção de energia nos alimentos.

• 1 caloria = 4,184 J
• 1 caloria = 0,00397 BTU
• 1 caloria = 1,16 x 10 ^-6 kWh

Unidades de energia

A energia é geralmente definida como o potencial de trabalhar ou produzir calor. Essa definição faz com que a unidade SI para energia seja igual à unidade de trabalho – o joule (J) . Joule é uma unidade derivada de energia e é nomeado em homenagem a James Prescott Joule e seus experimentos sobre o equivalente mecânico do calor. Em termos mais fundamentais, 1 joule é igual a:

1 J = 1 kg.m ² / s ²

Como a energia é uma quantidade física fundamental e é usada em vários ramos físicos e de engenharia, existem muitas unidades de energia em física e engenharia.

• Joule (unidade: J)
• Calorias (unidade: cal)
• Unidade térmica Britich (unidade: BTU)
• Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)
• Quilowatt-hora (unidade: kWh)
• Megawatt-dia (unidade: MWd)
• Electronvolt (unidade: eV)

Joule – Unidades de Energia

Unidades de energia

A energia é geralmente definida como o potencial de trabalhar ou produzir calor. Essa definição faz com que a unidade SI para energia seja igual à unidade de trabalho – o joule (J) . Joule é uma unidade derivada de energia e é nomeado em homenagem a James Prescott Joule e seus experimentos sobre o equivalente mecânico do calor. Em termos mais fundamentais, 1 joule é igual a:

1 J = 1 kg.m ² / s ²

Como a energia é uma quantidade física fundamental e é usada em vários ramos físicos e de engenharia, existem muitas unidades de energia em física e engenharia. Essas unidades estão resumidas nos seguintes pontos:

• Joule (unidade: J)
• Calorias (unidade: cal)
• Unidade Térmica Britânica (unidade: BTU)
• Força da libra-pé (unidade: ft.lbf)
• Quilowatt-hora (unidade: kWh)
• Megawatt-dia (unidade: MWd)
• Electronvolt (unidade: eV)

O que é volume

Volume é uma quantidade física básica . O volume é uma quantidade derivada e expressa a extensão tridimensional de um objeto . O volume é frequentemente quantificado numericamente usando a unidade derivada do SI, o metro cúbico . Por exemplo, o volume dentro de uma esfera (que é o volume de uma bola) é derivado como V = 4 / 3πr ³ , em que r é o raio da esfera. Como outro exemplo, o volume de um cubo é igual a lado vezes lado vezes lado. Como cada lado de um quadrado é o mesmo, ele pode simplesmente ter o comprimento de um lado em cubo .

Se um quadrado tem um lado de 3 metros, o volume seria 3 metros vezes 3 metros vezes 3 metros, ou 27 metros cúbicos.

Volume de um átomo e núcleo

O átomo consiste em um núcleo pequeno, mas maciço, cercado por uma nuvem de elétrons em movimento rápido . O núcleo é composto de prótons e nêutrons . Os raios nucleares típicos são da ordem de 10 a ¹⁴ m. Assumindo a forma esférica, os raios nucleares podem ser calculados de acordo com a seguinte fórmula:

r = r ₀ . A ^1/3

onde r ₀ = 1,2 x 10 ^-15 m = 1,2 fm

Se usarmos essa aproximação, esperamos, portanto, que o volume do núcleo seja da ordem de 4 / 3πr ³ ou 7,23 × 10 ⁻⁴⁵ m ³ para os núcleos de hidrogênio ou 1721 × 10 ⁻⁴⁵ m ³ para os núcleos de ²³⁸ U. Estes são volumes de núcleos e os núcleos atômicos (prótons e nêutrons) contêm cerca de 99,95% da massa do átomo.

Volume de líquido de refrigeração no sistema de líquido de refrigeração do reator

Nos modernos reatores de água pressurizada (PWRs) modernos , o Sistema de Líquido Refrigerante do Reator (RCS), mostrado na figura, consiste em:

• o vaso do reator , que contém o combustível nuclear
• quatro loops de transferência de calor paralelos conectados a um vaso do reator.
• cada circuito contém uma bomba de refrigeração principal e um gerador de vapor .
• o sistema inclui um pressurizadore seus sistemas auxiliares

Todos os componentes do RCS estão localizados dentro do prédio de contenção .

Em operação normal, há água líquida comprimida dentro do vaso do reator, loops e geradores de vapor. A pressão é mantida em aproximadamente 16MPa . A essa pressão, a água ferve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). A temperatura de entrada da água é de cerca de 290 ° C (554 ° F). A água (refrigerante) é aquecida no núcleo do reator a aproximadamente 325 ° C (617 ° F) à medida que a água flui através do núcleo. Como pode ser visto, o reator contém aproximadamente 25 ° C de líquido refrigerante sub-resfriado (distância da saturação).Essa alta pressão é mantida pelo pressurizador , um recipiente separado que é conectado ao circuito primário (perna quente) e parcialmente preenchido com água (parcialmente com vapor saturado ) que é aquecido até a temperatura de saturação(ponto de ebulição) para a pressão desejada por aquecedores elétricos submersos . A temperatura no pressurizador pode ser mantida a 350 ° C. Em condições normais, cerca de 60% do volume do pressurizador ocupa a água comprimida e cerca de 40% do volume ocupa o vapor saturado .

Os volumes de PWR típico estão na tabela a seguir.

É um exemplo ilustrativo, os dados a seguir não correspondem a nenhum projeto de reator.

Deve-se notar que o volume do líquido de refrigeração muda significativamente com a temperatura do líquido de refrigeração. A massa total do líquido de refrigeração permanece sempre a mesma, uma mudança no volume de água não é uma mudança no estoque de água. O volume do líquido de refrigeração do reator muda com a temperatura devido a alterações na densidade . A maioria das substâncias se expande quando aquecidas e contraem quando resfriadas . No entanto, a quantidade de expansão ou contração varia, dependendo do material. Esse fenômeno é conhecido como expansão térmica . A mudança no volume de um material que sofre uma mudança de temperatura é dada pela seguinte relação:

em que AT é a alteração de temperatura, V é o volume original, AV, é a alteração de volume, e α _V é o coeficiente de expansão de volume .

O coeficiente de expansão térmica volumétrico para a água não é constante na faixa de temperatura e aumenta com a temperatura ( especialmente a 300 ° C ); portanto, a mudança na densidade não é linear com a temperatura (como indicado na figura).

Veja também: Tabelas Steam

Em condições normais, o volume total de refrigerante no sistema de refrigeração do reator é quase constante. Por outro lado, durante condições de carga transitória, o volume pode mudar significativamente . Essas mudanças são naturalmente refletidas em uma alteração no nível da água do pressurizador. Quando a temperatura média do líquido de refrigeração do reator diminui gradualmente, o volume total de água também diminui, o que diminui o nível do pressurizador. Em uma captação gradual de carga, o aumento da temperatura média do líquido de refrigeração do reator faz com que o volume total de água se expanda, o que aumenta o nível do pressurizador. Esses efeitos devem ser controlados pelo sistema de controle de nível do pressurizador.

O que é volume

Volume é uma quantidade física básica . O volume é uma quantidade derivada e expressa a extensão tridimensional de um objeto . O volume é frequentemente quantificado numericamente usando a unidade derivada do SI, o metro cúbico . Por exemplo, o volume dentro de uma esfera (que é o volume de uma bola) é derivado como V = 4 / 3πr ³ , em que r é o raio da esfera. Como outro exemplo, o volume de um cubo é igual a lado vezes lado vezes lado. Como cada lado de um quadrado é o mesmo, ele pode simplesmente ter o comprimento de um lado em cubo .

Se um quadrado tem um lado de 3 metros, o volume seria 3 metros vezes 3 metros vezes 3 metros ou 27 metros cúbicos.

Controle de volume – Análise de volume de controle

Um volume de controle é uma região fixa no espaço escolhido para o estudo termodinâmico de balanços de massa e energia para sistemas de fluxo. O limite do volume de controle pode ser um envelope real ou imaginário . A superfície de controle é o limite do volume de controle.

Uma análise de volume de controle pode ser usada, por exemplo, para determinar a taxa de mudança de momento de um fluido. Nesta análise, consideraremos um tubo de fluxo ( volume de controle ) como fizemos para a equação de Bernoulli . Neste volume de controle, qualquer alteração no momento do fluido dentro de um volume de controle é devida à ação de forças externas no fluido dentro do volume.

Veja também: Fórmula Momentum

Como pode ser visto na figura, o método do volume de controle pode ser usado para analisar a lei de conservação do momento no fluido. O volume de controle é uma superfície imaginária que encerra um volume de interesse. O volume de controle pode ser fixo ou móvel, e pode ser rígido ou deformável. Para determinar todas as forças que atuam nas superfícies do volume de controle, temos que resolver as leis de conservação nesse volume de controle.

Escolhendo um volume de controle

Um volume de controle pode ser selecionado como qualquer volume arbitrário através do qual o fluido flui. Esse volume pode ser estático, em movimento e até deformar durante o fluxo. Para resolver qualquer problema, precisamos resolver as leis básicas de conservação neste volume. É muito importante conhecer todas as velocidades de fluxo relativas à superfície de controle e, portanto, é muito importante definir exatamente os limites do volume de controle durante uma análise.

Exemplo: jato de água atingindo uma placa estacionária

Uma placa estacionária  (por exemplo, lâmina de um moinho de água) é usada para desviar o fluxo de água a uma velocidade de  1 m / se  a um ângulo de  90 ° . Ocorre à pressão atmosférica e a vazão mássica é igual a  Q = 1 m ³ / s .

1. Calcule a força da pressão.
2. Calcule a força do corpo.
3. Calcule a força total.
4. Calcule a força resultante.

Solução

1. A  força da pressão  é zero, pois a pressão na entrada e nas saídas do volume de controle é atmosférica.
2. Como o volume de controle é pequeno, podemos ignorar a força do  corpo  devido ao peso da gravidade.
3. F _x  = ρ.Q. (w _1x  – w _2x ) = 1000. 1 (1 – 0) =  1000 N
   F _y  =  0
   F  =  (1000, 0)
4. A  força resultante  no plano é da mesma magnitude, mas na direção oposta à força total  F  (atrito e peso são negligenciados).

O jato de água exerce sobre a placa a força de 1000 N na direção x.

Volume de líquido de refrigeração no sistema de líquido de refrigeração do reator

Nos modernos reatores de água pressurizada (PWRs) modernos , o Sistema de Líquido Refrigerante do Reator (RCS), mostrado na figura, consiste em:

• o vaso do reator , que contém o combustível nuclear
• quatro loops de transferência de calor paralelos conectados a um vaso do reator.
• cada circuito contém uma bomba de refrigeração principal e um gerador de vapor .
• o sistema inclui um pressurizadore seus sistemas auxiliares

Todos os componentes do RCS estão localizados dentro do prédio de contenção .

Em operação normal, há água líquida comprimida dentro do vaso do reator, loops e geradores de vapor. A pressão é mantida em aproximadamente 16MPa . A essa pressão, a água ferve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). A temperatura de entrada da água é de cerca de 290 ° C (554 ° F). A água (refrigerante) é aquecida no núcleo do reator a aproximadamente 325 ° C (617 ° F) à medida que a água flui através do núcleo. Como pode ser visto, o reator contém aproximadamente 25 ° C de líquido refrigerante sub-resfriado (distância da saturação).Essa alta pressão é mantida pelo pressurizador , um recipiente separado que é conectado ao circuito primário (perna quente) e parcialmente preenchido com água (parcialmente com vapor saturado ) que é aquecido até a temperatura de saturação (ponto de ebulição) para a pressão desejada por aquecedores elétricos submersos . A temperatura no pressurizador pode ser mantida a 350 ° C. Em condições normais, cerca de 60% do volume do pressurizador ocupa a água comprimida e cerca de 40% do volume ocupa o vapor saturado .

Os volumes de PWR típico estão na tabela a seguir.

É um exemplo ilustrativo, os dados a seguir não correspondem a nenhum projeto de reator.

Deve-se notar que o volume do líquido de refrigeração muda significativamente com a temperatura do líquido de refrigeração. A massa total do líquido de refrigeração permanece sempre a mesma, uma mudança no volume de água não é uma mudança no estoque de água. O volume do líquido de refrigeração do reator muda com a temperatura devido a alterações na densidade . A maioria das substâncias se expande quando aquecidas e contraem quando resfriadas . No entanto, a quantidade de expansão ou contração varia, dependendo do material. Esse fenômeno é conhecido como expansão térmica . A mudança no volume de um material que sofre uma mudança de temperatura é dada pela seguinte relação:

em que AT é a alteração de temperatura, V é o volume original, AV, é a alteração de volume, e α _V é o coeficiente de expansão de volume .

O coeficiente de expansão térmica volumétrico para a água não é constante na faixa de temperatura e aumenta com a temperatura ( especialmente a 300 ° C ); portanto, a mudança na densidade não é linear com a temperatura (como indicado na figura).

Veja também: Tabelas Steam

Em condições normais, o volume total de refrigerante no sistema de refrigeração do reator é quase constante. Por outro lado, durante condições de carga transitória, o volume pode mudar significativamente . Essas mudanças são naturalmente refletidas em uma alteração no nível da água do pressurizador. Quando a temperatura média do líquido de refrigeração do reator diminui gradualmente, o volume total de água também diminui, o que diminui o nível do pressurizador. Em uma captação gradual de carga, o aumento da temperatura média do líquido de refrigeração do reator faz com que o volume total de água se expanda, o que aumenta o nível do pressurizador. Esses efeitos devem ser controlados pelo sistema de controle de nível do pressurizador.

Um átomo é um espaço vazio?

O volume de um átomo é cerca de 15 ordens de grandeza maior que o volume de um núcleo. Para o átomo de urânio , o raio de Van der Waals é de cerca de 186 pm = 1,86 × ^10-10 m . O raio de Van der Waals, r _w , de um átomo é o raio de uma esfera imaginária disco que representa a distância de aproximação mais próxima para um outro átomo. Assumindo uma forma esférica, o átomo de urânio tem um volume de cerca de   26,9 × ^10-30 m ³ . Mas esse espaço “enorme” é ocupado principalmente por elétrons, porque o núcleo ocupa apenas cerca de 1721 × ^10-45 m³  de espaço. Esses elétrons juntos pesam apenas uma fração (digamos 0,05%) do átomo inteiro.

Pode parecer que o espaço e, de fato, o assunto esteja vazio , mas não está . Devido à natureza quântica dos elétrons , os elétrons não são partículas pontuais, são espalhados por todo o átomo. A descrição clássica não pode ser usada para descrever coisas na escala atômica. Na escala atômica, os físicos descobriram que a mecânica quântica descreve as coisas muito bem nessa escala. Os locais das partículas na mecânica quântica não estão na posição exata; são descritos por uma função de densidade de probabilidade . Portanto, o espaço em um átomo (entre elétrons e um núcleo atômico) não está vazio, mas é preenchido por uma função de densidade de probabilidade dos elétrons (geralmente conhecida como “ nuvem de elétrons ”).