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O que é energia cinética relativística – definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

À medida que a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz, a energia cinética relativista se aproxima do infinito. A fórmula da energia cinética relativística é baseada na relação energia-momento relativística. Engenharia Térmica

Energia cinética relativística

A relação anterior entre trabalho e energia cinética é baseada nas leis do movimento de Newton . Quando generalizamos essas leis de acordo com o princípio da relatividade, precisamos de uma generalização correspondente da equação para a energia cinética . Se a velocidade de um objeto é próxima da velocidade da luz, é necessário usar a mecânica relativística para calcular sua energia cinética .

Na mecânica clássica , energia cinética e momento são expressos como:

A derivação de suas relações relativísticas é baseada na relação energia-momento relativista :

Pode-se derivar, a energia cinética relativística e o momento relativístico são:

O primeiro termo ( ɣmc ² ) da energia cinética relativística aumenta com a velocidade v da partícula. O segundo termo ( mc ² ) é constante; é chamada de energia restante (massa restante) da partícula e representa uma forma de energia que uma partícula possui mesmo quando em velocidade zero . À medida que a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz, a energia cinética se aproxima do infinito . É causada pelo fator de Lorentz , que se aproxima do infinito para v → c . Portanto, a velocidade da luz não pode ser alcançada por partículas maciças.

O primeiro termo (ɣmc ² ) é conhecido como energia total E da partícula, porque é igual à energia restante mais a energia cinética:

E = K + mc ²

Para uma partícula em repouso, ou seja, K é zero, então a energia total é sua energia de repouso:

E = mc ²

Este é um dos resultados marcantes da teoria da relatividade de Einstein é que massa e energia são equivalentes e conversíveis um no outro. A equivalência entre massa e energia é descrita pela famosa fórmula de Einstein E = mc ² . Este resultado foi confirmado experimentalmente inúmeras vezes na física de partículas nuclear e elementar. Por exemplo, consulte Produção de pares de pósitrons com elétrons ou conservação de energia em reações nucleares .

Veja também: Massa relativística

Exemplo: energia cinética do próton

Um próton ( m = 1,67 x ^10-27 kg ) viaja a uma velocidade v = 0,9900c = 2,968 x 10 ⁸ m / s . Qual é a sua energia cinética ?

De acordo com um cálculo clássico, que não está correto, obteríamos:

K = 1 / 2mv ² = ½ x (1,67 x ^10-27 kg) x (2,968 x 10 ⁸ m / s) ² = 7,355 x 10 ^-11 J

Com a correção relativística, a energia cinética relativística é igual a:

K = (ɣ – 1) mc ²

onde o fator de Lorentz

ɣ = 7.089

Portanto

K = 6,089 x (1,67 x 10 ^-27 kg) x (2,9979 x 10 ⁸ m / s) ² = 9,139 x ^10-10 J = 5,701 GeV

Isso é cerca de 12 vezes mais energia do que no cálculo clássico. De acordo com essa relação, a aceleração de um feixe de prótons para 5,7 GeV requer energias da ordem diferente.

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.

O que é alteração de entropia – Exemplo – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Alteração de entropia – Exemplo. Calcule a variação na entropia de 1 kg de gelo a 0 ° C, quando derretida reversivelmente em água a 0 ° C. Por se tratar de um processo isotérmico, podemos usar: =S = S2 – S1 = Q / T

Alteração de entropia

O SI unidade de entropia é J / K . Segundo Clausius, a entropia foi definida através da mudança na entropia S de um sistema. A mudança na entropia S, quando uma quantidade de calor Q é adicionada a ela por um processo reversível a temperatura constante, é dada por:

Aqui Q é a energia transferida como calor para ou do sistema durante o processo e T é a temperatura do sistema em Kelvins durante o processo. Se assumirmos um processo isotérmico reversível , a alteração total da entropia é dada por:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

Nesta equação, o quociente Q / T está relacionado ao aumento do distúrbio. Uma temperatura mais alta significa maior aleatoriedade de movimento. Em temperaturas mais baixas, a adição de calor Q causa um aumento fracionário substancial no movimento molecular e na aleatoriedade. Por outro lado, se a substância já estiver quente, a mesma quantidade de calor Q adiciona relativamente pouco ao maior movimento molecular.

Exemplo: alteração de entropia no gelo derretido

Calcule a variação na entropia de 1 kg de gelo a 0 ° C, quando derretida reversivelmente em água a 0 ° C.

Por se tratar de um processo isotérmico, podemos usar:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

portanto, a alteração da entropia será:

∆S = 334 [kJ] / 273,15 [K] = 1,22 [kJ / K]

onde são necessários 334 quilojoules de calor para derreter 1 kg de gelo (calor latente de fusão = 334 kJ / kg) e esse calor é transferido para o sistema a 0 ° C (273,15 K).

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O que é Unidade de Entropia – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Unidades de entropia. A unidade SI para entropia é joule per kelvin, J / K. Entropia específica tem unidades de joule por quilograma vezes kelvin. Engenharia Térmica

Unidades de Entropia

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

Exemplo: alteração de entropia no gelo derretido

Calcule a variação na entropia de 1 kg de gelo a 0 ° C, quando derretida reversivelmente em água a 0 ° C.

Por se tratar de um processo isotérmico, podemos usar:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

portanto, a alteração da entropia será:

∆S = 334 [kJ] / 273,15 [K] = 1,22 [kJ / K]

onde são necessários 334 quilojoules de calor para derreter 1 kg de gelo (calor latente de fusão = 334 kJ / kg) e esse calor é transferido para o sistema a 0 ° C (273,15 K).

Entropia específica

A entropia pode ser transformada em uma variável intensiva ou específica dividindo-se pela massa. Os engenheiros usam mais a entropia específica na análise termodinâmica do que a própria entropia. A entropia específica de uma substância é a sua entropia por unidade de massa. É igual à entropia total (S) dividida pela massa total (m).

s = S / m

Onde:

s = entropia específica (J / kg)

S = entropia (J)

m = massa (kg)

Diagrama de Ts de um ciclo termodinâmico — Diagrama Ts do ciclo de Rankine

A entropia quantifica a energia de uma substância que não está mais disponível para realizar um trabalho útil. Como a entropia diz muito sobre a utilidade de uma quantidade de calor transferida na execução do trabalho, as tabelas de vapor incluem valores de entropia específica (s = S / m) como parte das informações tabuladas.

Em geral, a entropia específica é uma propriedade de uma substância, como pressão, temperatura e volume, mas não pode ser medida diretamente. Normalmente, a entropia de uma substância é dada com relação a algum valor de referência. Por exemplo, a entropia específica de água ou vapor é dada usando a referência de que a entropia específica da água é zero a 0,01 ° C e pressão atmosférica normal , onde s = 0,00 kJ / kg. O fato de o valor absoluto da entropia específica ser desconhecido não é um problema, no entanto, porque é a mudança na entropia específica (∆s) e não o valor absoluto que é importante nos problemas práticos.

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Qual é a fórmula de entropia de Boltzmann – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Entropia = (constante k de Boltzmann) x logaritmo do número de estados possíveis. S = kB logW. Essa equação é conhecida como fórmula de entropia de Boltzmann,

Fórmula de entropia de Boltzmann

Na termodinâmica e na física estatística, a entropia é uma medida quantitativa de desordem ou da energia em um sistema para realizar o trabalho.Na física estatística, a entropia é uma medida do distúrbio de um sistema. A que desordem se refere é realmente o número de configurações microscópicas , W , que um sistema termodinâmico pode ter quando em um estado especificado por determinadas variáveis macroscópicas ( volume , energia , pressão e temperatura ). Por “estados microscópicos”, queremos dizer os estados exatos de todas as moléculas que compõem o sistema.

Matematicamente, a definição exata é:

Entropia = (constante k de Boltzmann) x logaritmo do número de estados possíveis

S = k _B logW

Essa equação, conhecida como fórmula de entropia de Boltzmann , relaciona os detalhes microscópicos, ou microestados, do sistema (via W ) ao seu estado macroscópico (via entropia S ). É a idéia principal da mecânica estatística. Em um sistema fechado, a entropia nunca diminui; portanto, no universo, a entropia está aumentando irreversivelmente. Em um sistema aberto (por exemplo, uma árvore em crescimento), a entropia pode diminuir e a ordem pode aumentar, mas apenas à custa de um aumento na entropia em outro lugar (por exemplo, no Sol).

[snippet xyz-ihs = ”difusão”]A ordem está diminuindo.

A entropia está aumentando.

Irreversibilidade dos processos naturais

De acordo com a terceira lei da termodinâmica:

A entropia de um sistema se aproxima de um valor constante, à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.

Com base em evidências empíricas, essa lei afirma que a entropia de uma substância cristalina pura é zero no zero absoluto da temperatura , 0 K e que é impossível por meio de qualquer processo, não importa o ideal, reduzir a temperatura de um sistema para zero absoluto em um número finito de etapas. Isso nos permite definir um ponto zero para a energia térmica de um corpo.

O zero absoluto é a temperatura teórica mais fria, na qual o movimento térmico de átomos e moléculas atinge seu mínimo. Este é um estado no qual a entalpia e a entropia de um gás ideal resfriado atingem seu valor mínimo, tomado como 0. Classicamente , esse seria um estado de imobilidade , mas a incerteza quântica determina que as partículas ainda possuem uma energia finita de ponto zero . O zero absoluto é indicado como 0 K na escala Kelvin, -273,15 ° C na escala Celsius e -459,67 ° F na escala Fahrenheit.

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O que é entalpia e entropia – definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Entalpia é a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. Entropia é uma medida de desordem ou da energia em um sistema para fazer o trabalho. Engenharia Térmica

O que é entalpia

potenciais termodinâmicos - entalpia — Quatro potenciais termodinâmicos comuns. H = U + pV

Na termodinâmica, a entalpia é a medida de energia em um sistema termodinâmico. É a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. A entalpia é definida como a soma da energia interna E mais o produto da pressão pe volume V. Em muitas análises termodinâmicas, a soma da energia interna U e o produto da pressão pe volume V aparece, portanto, é conveniente para dar à combinação um nome, entalpia e um símbolo distinto, H.

A entalpia é a expressão preferida das mudanças de energia do sistema em muitas medições químicas, biológicas e físicas a pressão constante . É tão útil que é tabulado nas tabelas de vapor, juntamente com o volume específico e a energia interna específica . Isso se deve ao fato de simplificar a descrição da transferência de energia . Em pressão constante, a mudança de entalpia é igual à energia transferida do ambiente através do aquecimento (Q = H ₂ – H ₁ ) ou outro trabalho que não o trabalho de expansão. Para um processo de pressão variável, a diferença na entalpia não é tão óbvia.

Entalpia em unidades extensivas

Propriedades termodinâmicas extensas vs. intensivas — Propriedades extensivas e intensivas do meio no pressurizador.

H = U + pV

A entalpia é uma quantidade extensa, depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém. A unidade SI de entalpia é o joule (J). É a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema como um todo devido a campos de força externos. É a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema.

Por outro lado, a energia pode ser armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. Esse armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada a estados orbitais de elétrons, rotação nuclear e forças de ligação no núcleo.

A entalpia é representada pelo símbolo H , e a alteração na entalpia em um processo é H ₂ – H ₁ .

Existem expressões em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão :

dH = C _p dT + V (1-aT) dp

Onde C _p é a capacidade calorífica a pressão constante e α é o coeficiente de expansão térmica (cúbico). Para o gás ideal αT = 1 e, portanto:

dH = C _p dT

Exemplo: Pistão sem atrito – Calor – Entalpia

Entalpia - Exemplo - Um pistão sem atrito — Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.

Um pistão sem atrito é usado para proporcionar uma pressão constante de 500 kPa num cilindro contendo vapor ( vapor sobreaquecido ) de um volume de 2 m ³ a 500 K . Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.

Solução:

Usando tabelas de vapor , sabemos que a entalpia específica desse vapor (500 kPa; 500 K) é de cerca de 2912 kJ / kg . Como nessa condição o vapor possui densidade de 2,2 kg / m ³ , sabemos que há cerca de 4,4 kg de vapor no pistão na entalpia de 2912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .

Quando usamos simplesmente Q = H ₂ – H ₁ , a entalpia resultante do vapor será:

H ₂ = H ₁ + Q = 15812 kJ

Nas tabelas de vapor , esse vapor superaquecido (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) terá uma temperatura de 828 K (555 ° C) . Uma vez que nesta entalpia do vapor tem a densidade de 1,31 kg / m ³ , é óbvio que se expandiu em cerca de 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Portanto, o volume resultante é de 2 m ³ x 1,67 = 3,34 m ³ e ∆V = 3,34 m ³ – 2 m ³ = 1,34 m ³ .

A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m ³ = 670 kJ

O que é entropia

Na termodinâmica e na física estatística, a entropia é uma medida quantitativa de desordem ou da energia em um sistema para realizar o trabalho.

Na física estatística, a entropia é uma medida do distúrbio de um sistema. A que desordem se refere é realmente o número de configurações microscópicas , W , que um sistema termodinâmico pode ter quando em um estado especificado por determinadas variáveis macroscópicas ( volume , energia , pressão e temperatura ). Por “estados microscópicos”, queremos dizer os estados exatos de todas as moléculas que compõem o sistema.

Matematicamente, a definição exata é:

Entropia = (constante k de Boltzmann) x logaritmo do número de estados possíveis

S = k _B logW

Essa equação, que relaciona os detalhes microscópicos, ou microestados, do sistema (via W ) ao seu estado macroscópico (via entropia S ), é a ideia principal da mecânica estatística. Em um sistema fechado, a entropia nunca diminui; portanto, no universo, a entropia está aumentando irreversivelmente. Em um sistema aberto (por exemplo, uma árvore em crescimento), a entropia pode diminuir e a ordem pode aumentar, mas apenas à custa de um aumento na entropia em outro lugar (por exemplo, no Sol).

Unidades de Entropia

Aqui Q é a energia transferida como calor para ou do sistema durante o processo, e T é a temperatura do sistema em Kelvins durante o processo. Se assumirmos um processo isotérmico reversível , a alteração total da entropia é dada por:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

Exemplo

Calcule a variação na entropia de 1 kg de gelo a 0 ° C, quando derretida reversivelmente em água a 0 ° C.

Por se tratar de um processo isotérmico, podemos usar:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

portanto, a alteração da entropia será:

∆S = 334 [kJ] / 273,15 [K] = 1,22 [kJ / K]

onde são necessários 334 quilojoules de calor para derreter 1 kg de gelo (calor latente de fusão = 334 kJ / kg) e esse calor é transferido para o sistema a 0 ° C (273,15 K).

Diagramas em Ts

Em geral, as fases de uma substância e os relacionamentos entre suas propriedades são mais comumente mostrados nos diagramas de propriedades . Um grande número de propriedades diferentes foi definido e existem algumas dependências entre as propriedades.

Um diagrama de entropia de temperatura ( diagrama Ts ) é o tipo de diagrama mais frequentemente usado para analisar os ciclos do sistema de transferência de energia. É usado na termodinâmica para visualizar alterações de temperatura e entropia específica durante um processo ou ciclo termodinâmico.

Isso ocorre porque o trabalho realizado pelo ou no sistema e o calor adicionado ou removido do sistema podem ser visualizados no diagrama Ts . Pela definição de entropia, o calor transferido para ou de um sistema é igual à área sob a curva Ts do processo.

dQ = TdS

Um processo isentrópico é representado como uma linha vertical em um diagrama Ts, enquanto um processo isotérmico é uma linha horizontal. Em um estado idealizado, a compressão é uma bomba, a compressão em um compressor e a expansão em uma turbina são processos isentrópicos. Portanto, é muito útil em engenharia de energia, porque esses dispositivos são usados em ciclos termodinâmicos de usinas de energia.

Observe que, as premissas isentrópicas são aplicáveis apenas aos ciclos ideais. Ciclos termodinâmicos reais têm perdas de energia inerentes devido à ineficiência de compressores e turbinas.

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O que é Entropia – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Na física, a entropia é uma medida quantitativa de desordem, ou da energia em um sistema para fazer o trabalho. Segundo Clausius, a entropia foi definida através da mudança na entropia S de um sistema. Engenharia Térmica

O que é entropia

Matematicamente, a definição exata é:

Entropia = (constante k de Boltzmann) x logaritmo do número de estados possíveis

S = k _B logW

Essa equação, que relaciona os detalhes microscópicos, ou microestados, do sistema (via W ) ao seu estado macroscópico (via entropia S ), é a idéia principal da mecânica estatística. Em um sistema fechado, a entropia nunca diminui; portanto, no universo, a entropia está aumentando irreversivelmente. Em um sistema aberto (por exemplo, uma árvore em crescimento), a entropia pode diminuir e a ordem pode aumentar, mas apenas à custa de um aumento na entropia em outro lugar (por exemplo, no Sol).

[snippet xyz-ihs = ”difusão”]A ordem está diminuindo.

A entropia está aumentando.

Unidades de Entropia

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

Exemplo: alteração de entropia no gelo derretido

Calcule a variação na entropia de 1 kg de gelo a 0 ° C, quando derretida reversivelmente em água a 0 ° C.

Por se tratar de um processo isotérmico, podemos usar:

∆S = S ₂ – S ₁ = Q / T

portanto, a alteração da entropia será:

∆S = 334 [kJ] / 273,15 [K] = 1,22 [kJ / K]

onde são necessários 334 quilojoules de calor para derreter 1 kg de gelo (calor latente de fusão = 334 kJ / kg) e esse calor é transferido para o sistema a 0 ° C (273,15 K).

Entropia específica

s = S / m

Onde:

s = entropia específica (J / kg)

S = entropia (J)

m = massa (kg)

Diagramas de entropia de temperatura – Diagramas Ts

dQ = TdS

Observe que, as premissas isentrópicas são aplicáveis apenas aos ciclos ideais. Ciclos termodinâmicos reais têm perdas de energia inerentes devido à ineficiência de compressores e turbinas.

Irreversibilidade dos processos naturais

De acordo com a segunda lei da termodinâmica:

A entropia de qualquer sistema isolado nunca diminui. Em um processo termodinâmico natural, a soma das entropias dos sistemas termodinâmicos em interação aumenta.

Esta lei indica a irreversibilidade dos processos naturais . Processos reversíveis são uma ficção teórica útil e conveniente, mas não ocorrem na natureza. A partir desta lei, é impossível construir um dispositivo que opere em um ciclo e cujo único efeito seja a transferência de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente. Daqui resulta que máquinas perpétuas de movimento do segundo tipo são impossíveis.

Entropia no Absoluto Zero

De acordo com a terceira lei da termodinâmica:

A entropia de um sistema se aproxima de um valor constante, à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.

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O que é exemplo de entalpia – cálculo – definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Exemplos de entalpia – Cálculo de entalpia. Pistão sem atrito, balanço de energia, entalpia específica do vapor úmido. Exemplos e soluções. Engenharia Térmica

Entalpia em unidades extensivas

Propriedades termodinâmicas extensivas vs. intensivas — Propriedades extensivas e intensivas do meio no pressurizador.

H = U + pV

A entalpia é representada pelo símbolo H , e a alteração na entalpia em um processo é H ₂ – H ₁ .

Existem expressões em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão :

dH = C _p dT + V (1-aT) dp

Onde C _p é a capacidade calorífica a pressão constante e α é o coeficiente de expansão térmica (cúbico). Para o gás ideal αT = 1 e, portanto:

dH = C _p dT

Exemplo: Pistão sem atrito – Calor – Entalpia

Solução:

Quando usamos simplesmente Q = H ₂ – H ₁ , a entalpia resultante do vapor será:

H ₂ = H ₁ + Q = 15812 kJ

A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m ³ = 670 kJ

Exemplo: Balanço Energético em um Gerador de Vapor

Gerador de vapor - vertical — Gerador de vapor – vertical

Calcule a quantidade de líquido de arrefecimento primário necessária para evaporar 1 kg de água de alimentação em um gerador de vapor típico . Suponha que não haja perdas de energia, este é apenas um exemplo idealizado.

Saldo do circuito primário

O líquido de arrefecimento primário quente ( água 330 ° C; 626 ° F; 16MPa ) é bombeado para o gerador de vapor através da entrada primária. O líquido de arrefecimento primário sai (água 295 ° C; 563 ° F; 16MPa) do gerador de vapor pela saída primária.

h _{I, entrada} = 1516 kJ / kg

=> Δh _I = -206 kJ / kg

h _{I, saída} = 1310 kJ / kg

Equilíbrio da água de alimentação

A água de alimentação ( água 230 ° C; 446 ° F; 6,5MPa ) é bombeada para o gerador de vapor através da entrada de água de alimentação. A água de alimentação (circuito secundário) é aquecida de ~ 230 ° C 446 ° F até o ponto de ebulição desse fluido (280 ° C; 536 ° F; 6,5MPa) . A água de alimentação é então evaporada e o vapor pressurizado ( vapor saturado 280 ° C; 536 ° F; 6,5 MPa) sai do gerador de vapor através da saída de vapor e continua na turbina a vapor.

h _{II, entrada} = 991 kJ / kg

=> Δh _II = 1789 kJ / kg

h _{II, saída} = 2780 kJ / kg

Equilíbrio do gerador de vapor

Como a diferença de entalpias específicas é menor para refrigerante primário do que para água de alimentação, é óbvio que a quantidade de refrigerante primário será maior que 1 kg. Para produzir 1 kg de vapor saturado a partir da água de alimentação, são necessários cerca de 1789/206 x 1 kg = 8,68 kg de refrigerante primário.

Exemplo: combustão de hidrogênio

Considere a combustão de hidrogênio no ar. Em uma chama de gás hidrogênio puro, queimando no ar, o hidrogênio (H ₂ ) reage com o oxigênio (O ₂ ) para formar água (H ₂ O) e libera energia .

Energicamente, o processo pode ser considerado para exigir a energia para dissociar o H ₂ e O ₂ , mas, em seguida, a ligação do inibidor da H ₂ O retorna o sistema para um estado ligado com potencial negativo . Na verdade, é mais negativo do que os estados ligados dos reagentes, e a formação das duas moléculas de água é, portanto, uma reação exotérmica , que libera 5,7 eV de energia. Em palavras de entalpia, a entalpia de combustão é −286 kJ / mol:

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (g)

Em palavras de entalpia, a entalpia de combustão é −286 kJ / mol (energia por mol de hidrogênio molecular):

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (l) +572 kJ

O balanço de energia antes e depois da reação pode ser ilustrado esquematicamente com o estado em que todos os átomos são livres, tomados como referência de energia.

Exemplo: Entalpia de Vapor Molhado

termodinâmica de engenharia — Ciclo de Rankine – Termodinâmica como ciência de conversão de energia

Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Calcule a diferença de entalpia entre esses dois estados.

A entalpia para o estado C pode ser coletada diretamente das tabelas de vapor , enquanto a entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:

h _{1, molhado} = 2785 kJ / kg

h _{2, molhado} = h _{2, s} x + (1 – x) h _{2, l} = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg

Δh = 262 kJ / kg

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O que é Fórmula de Entalpia – Equação – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

A entalpia é representada pelo símbolo H, e a alteração na entalpia em um processo é H2 – H1. Existem fórmulas de entalpia em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão

Fórmulas de entalpia em unidades extensivas

H = U + pV

A entalpia é representada pelo símbolo H , e a alteração na entalpia em um processo é H ₂ – H ₁ .

Existem fórmulas de entalpia em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão :

dH = C _p dT + V (1-aT) dp

Onde C _p é a capacidade calorífica a pressão constante e α é o coeficiente de expansão térmica (cúbico). Para o gás ideal αT = 1 e, portanto:

dH = C _p dT

Fórmulas de entalpia em unidades intensivas – Entalpia específica

A entalpia pode ser transformada em uma variável intensiva ou específica dividindo-se pela massa . Os engenheiros usam mais a entalpia específica na análise termodinâmica do que a própria entalpia. A entalpia específica (h) de uma substância é a sua entalpia por unidade de massa. É igual à entalpia total (H) dividida pela massa total (m).

h = H / m

Onde:

h = entalpia específica (J / kg)

H = entalpia (J)

m = massa (kg)

Observe que a entalpia é a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. A entalpia específica é igual à energia interna específica do sistema mais o produto da pressão e volume específico .

h = u + pv

Em geral, a entalpia é uma propriedade de uma substância , como pressão, temperatura e volume, mas não pode ser medida diretamente. Normalmente, a entalpia de uma substância é dada com relação a algum valor de referência. Por exemplo, a entalpia específica da água ou vapor é dada usando a referência de que a entalpia específica da água é zero a 0,01 ° C e pressão atmosférica normal , em que h _L = 0,00 kJ / kg . O fato de o valor absoluto da entalpia específica ser desconhecido não é um problema, no entanto, porque é a alteração na entalpia específica (∆h) e não o valor absoluto que é importante nos problemas práticos.

Fórmulas para Entalpia Específica de Vapor Molhado

A entalpia específica da água líquida saturada (x = 0) e do vapor seco (x = 1) pode ser selecionada nas tabelas de vapor. No caso do vapor molhado , a entalpia real pode ser calculado com a qualidade de vapor, x , e as entalpias específicas de água no estado líquido saturado e vapor seco:

h _molhado = h _s x + (1 – x) h _l

Onde

h _úmido = entalpia do vapor úmido (J / kg)

h _s = entalpia do vapor “seco” (J / kg)

h _l = entalpia de água líquida saturada (J / kg)

Como pode ser visto, o vapor úmido sempre terá entalpia menor do que o vapor seco.

Exemplo:

A entalpia para o estado C pode ser coletada diretamente das tabelas de vapor, enquanto a entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:

h _{1, molhado} = 2785 kJ / kg

h _{2, molhado} = h _{2, s} x + (1 – x) h _{2, l} = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg

Δh = 262 kJ / kg

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O que é entalpia de vaporização – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

A entalpia da vaporização (símbolo vHvap; unidade: J) ou calor da evaporação é a quantidade de energia necessária para mudar a fase da fase líquida para a fase gasosa. Engenharia Térmica

Entalpia em unidades intensivas – Entalpia específica

h = H / m

Onde:

h = entalpia específica (J / kg)

H = entalpia (J)

m = massa (kg)

h = u + pv

Em geral, a entalpia é uma propriedade de uma substância , como pressão, temperatura e volume, mas não pode ser medida diretamente. Normalmente, a entalpia de uma substância é dada com relação a algum valor de referência. Por exemplo, a entalpia específica da água ou vapor é dada usando a referência de que a entalpia específica da água é zero a 0,01 ° C e pressão atmosférica normal , onde h _L = 0,00 kJ / kg . O fato de o valor absoluto da entalpia específica ser desconhecido não é um problema, no entanto, porque é a alteração na entalpia específica (∆h) e não o valor absoluto que é importante nos problemas práticos.

Veja também: Tabelas Steam

Entalpia de vaporização

Calor latente de vaporização - água a 0,1 MPa, 3 MPa, 16 MPa — O calor da vaporização diminui com o aumento da pressão, enquanto o ponto de ebulição aumenta. Ele desaparece completamente em um determinado ponto chamado ponto crítico.

Em geral, quando um material muda de fase de sólido para líquido ou de líquido para gás, uma certa quantidade de energia está envolvida nessa mudança de fase. No caso de mudança de fase de líquido para gás, essa quantidade de energia é conhecida como entalpia de vaporização (símbolo ∆H _vap ; unidade: J), também conhecida como calor (latente) de vaporização ou calor de evaporação. Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia decompõe as forças atraentes intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o trabalho pΔV) Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia da vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Calor latente de vaporização – água a 0,1 MPa (pressão atmosférica)

h _lg = 2257 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 3 MPa (pressão dentro de um gerador de vapor)

h _lg = 1795 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 16 MPa (pressão dentro de um pressurizador )

h _lg = 931 kJ / kg

O calor da vaporização diminui com o aumento da pressão, enquanto o ponto de ebulição aumenta. Ele desaparece completamente em um determinado ponto chamado ponto crítico . Acima do ponto crítico, as fases líquida e de vapor são indistinguíveis, e a substância é chamada de fluido supercrítico .

O calor da vaporização é o calor necessário para vaporizar completamente uma unidade de líquido saturado (ou condensar uma unidade de massa de vapor saturado) e é igual a h _lg = h _g – h _l .

O calor necessário para derreter (ou congelar) uma unidade de massa na substância a pressão constante é o calor da fusão e é igual a h _sl = h _l – h _s , onde h _s é a entalpia do sólido saturado e h _l é a entalpia do líquido saturado.

Mudanças de fase - entalpia de vaporização — Calor latente de vaporização – água a 0,1 MPa. Parte dominante do calor absorvido.

Entalpia específica do vapor úmido

h _molhado = h _s x + (1 – x) h _l

Onde

h _úmido = entalpia do vapor úmido (J / kg)

h _s = entalpia do vapor “seco” (J / kg)

h _l = entalpia de água líquida saturada (J / kg)

Como pode ser visto, o vapor úmido sempre terá entalpia menor do que o vapor seco.

Exemplo:

A entalpia para o estado C pode ser coletada diretamente das tabelas de vapor, enquanto a entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:

h _{1, molhado} = 2785 kJ / kg

h _{2, molhado} = h _{2, s} x + (1 – x) h _{2, l} = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg

Δh = 262 kJ / kg

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O que é entalpia de reação química – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Entalpia de reação química. A entalpia é amplamente utilizada também na química. As reações químicas são determinadas pelas leis da termodinâmica. Engenharia Térmica

Entalpia em reações químicas

A entalpia é amplamente utilizada também na química. As reações químicas são determinadas pelas leis da termodinâmica . Na termodinâmica, a energia interna de um sistema é a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema como um todo devido a campos de força externos. A entalpia de uma reação química é definida como a alteração de entalpia observada em um constituinte de um sistema termodinâmico quando uma toupeira de substância reage completamente.

Como a maioria das reações químicas em laboratório são processos de pressão constante, podemos escrever a alteração na entalpia (também conhecida como entalpia de reação) para uma reação. A entalpia da reação pode ser positiva ou negativa ou zero, dependendo se o calor é ganho ou perdido ou se nenhum calor é perdido ou ganho. Em uma reação endotérmica , os produtos possuem mais energia química armazenada do que os reagentes. Numa reação exotérmica , o oposto é verdadeiro. Os produtos possuem menos energia química armazenada que os reagentes. O excesso de energia é geralmente liberado para o ambiente quando a reação ocorre.

Nas reações químicas , a energia é armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. O armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada aos estados orbitais dos elétrons. Se uma reação química absorve ou libera energia, não há mudança geral na quantidade de energia durante a reação. Isso é devido à lei de conservação de energia , que afirma que:

A energia não pode ser criada ou destruída . A energia pode mudar de forma durante uma reação química .

Combustão de hidrogênio

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (g)

Em palavras de entalpia, a entalpia de combustão é -286 kJ / mol (energia por mol de hidrogênio molecular):

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (l) +572 kJ

O balanço de energia antes e depois da reação pode ser ilustrado esquematicamente com o estado em que todos os átomos são livres, tomados como referência de energia.

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