A 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Podemos concluir que, se Q₂=0, isto é , se a máquina térmica, ao realizar um ciclo, não rejeitasse nenhum calor para a fonte fria, seu rendimento seria R = 1 ( ou  R = 100%). Portando, ima máquina como esta transformaria em trabalho todo o calor absorvido da fonte quente.

            Entretanto, observando o comportamento das máquinas térmicas durante muito anos, os cientistas perceberam que é impossível construir uma máquina como esta ( com R = 100%). Em outras palavras, qualquer dispositivo existente na natureza. Ao efetuar um ciclo que ele absorve de uma fonte quente. Para completar o ciclo, o dispositivo deverá sempre rejeitar parte do calor absorvido para uma fonte fria, isto é, tem-se sempre, em qualquer máquina térmica, Q_2#0.

            Esta conclusão constitui uma das leis fundamentais da natureza denominada 2ª lei da Termodinâmica, que foi enunciada por Kelvin, da seguinte maneira.

            É IMPOSSÍVEL CONSTRUIR UMA MÁQUINA TÉRMICA QUE OPERANDO EM CICLO , TRANSFORME EM TRABALHO TODO O CALOR E ELA FORNECIDO.

            Desta maneira, o rendimento de qualquer máquina térmica é inferior a 100%. Na realidade, os rendimentos das máquinas térmicas mais comumente usadas estão situados muito abaixo deste limite. Por exemplo: nas locomotivas a vapor o rendimento é cerca de apenas 10% , nos motores a gasolina nunca ultrapassa 30% e nos motores a diesel , que estão entre as máquinas mais eficientes, o rendimento situa-se em torno de 40%.

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

O MOTOR DE EXPLOSÃO

O MOTOR DE EXPLOSÃO

            No decorrer do século XX , foram inventados vários outros tipos de máquinas térmicas , destacando-se elas os motores de explosão , as turbinas a vapor, os motores a jato etc.

            Em particular, os motores de explosão tornaram-se muito conhecidos em virtude se seu uso nos automóveis. O motor de explosão da quatro tempos, assim denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas: o cilindro possui uma válvula d admissão, uma de escapamento e uma vela que é um dispositivo destinado a produzir uma centelha ( que provoca a ignição ou explosão) no momento oportuno. A mistura explosiva, constituída de gasolina e ar, formando no carburador, chega à camará, chamada de explosão , através da válvula , que é governada por um sistema de alavancas.

            -No primeiro tempo, denominado admissão , a válvula se abre , permitindo a entrada da mistura explosiva, enquanto o pistom desce no cilindro.

            -No segundo tempo, denominado compressão,  a mistura é comprimida na câmera  e sua temperatura se eleva. Neste tempo , as válvulas permanecem fechadas.

            -No terceiro tempo, denominado explosão e expansão,  a vela produz uma centelha elétrica , causando a ignição da mistura explosiva. Este é o único tempo no qual há produção de um trabalho efetivo, pois os gases quentes da combustão, por sua alta pressão, façam o pistom descer, comunicando movimento de rotação a uma roda a ele acoplada.

            -No quarto tempo,. Denominado exaustão ou escapamento, a válvulas se abre, permitindo o escape dos gases através do tubo( cano de descarga) enquanto o piston sobe no cilindro. Fechando-se a válvula, uma nova descida do pistom e abertura da válvula ( primeiro tempo) são início a outro ciclo.

            Analisando as máquinas térmicas, verificamos que existem alguns aspectos comunas ao funcionamento de todas elas, De fato, todas operam em ciclo , isto é. Retornam periodicamente às condições iniciais e cada ciclo pode ser representado, esquematicamente. A máquina retira uma certa quantidade de calor Q₁ de um corpo aquecido, denominado  fonte quente( pro exemplo, no caso da máquina de Watt, a fonte quente é a fornalha eu aquece a água da caldeira) . A maquina utiliza parte deste calor para realize um trabalho T e rejeita uma quantidade de calor Q₂  para a fonte fria. Na máquina de Watt. Por exemplo, este calor Q₂ é transportado pelo vapor que sai ainda aquecido do cilindro e é liberado no condensador , o qual representa a fonte fria desta máquina.

            Denomina-se  rendimento, R,  de uma máquina térmica a relação entre o trabalho ,T, que ela realiza em cada ciclo,e o calor , Q₁,  absorvido, durante o ciclo,da fonte quente, isto é,

                                                            R = T/Q₁

            Logo, o rendimento de uma máquina térmica será tanto maior quanto maior for o trabalho que ela realiza, para uma determinada quantidade de calor absorvido. Assim, se o rendimento de uma máquina for R = 0,50( ou R= 50%), isto significa que esta máquina transforma em trabalho a metade do calor que ela recebe da fonte quente.

            Temos claramente, peça conservação da energia, que Q₁= T + Q₂ ou T= Q₁-Q₂. Então, podemos expressar o rendimento de uma máquina térmica da seguinte maneira;

                                                            R= T/Q₁ = Q₁-Q₂/Q₁ ou   R = 1 – Q₂/Q₁

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo;Scpione,2006

MÁQUINAS TÉRMICAS – A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

MÁQUINAS TÉRMICAS – A SEGUNDA LEI  DA TERMODINÂMICA

            O que é uma máquina térmica: Os cientistas conseguiram estabelecer definitivamente que p calor é uma forma de energia. Entretanto, sabia-se, desde a Antiguidade, que o calor podia ser usado para produzir vapor e este era capaz de realizar um trabalho mecânico, Esta ideia foi usada pelo inventor grego Heron, que no século I d.C. construiu o dispositivo a vapor formado pelo aquecimento da água, ao escapar pelos orifícios , colocava em rotação um esfera de metal.

            Em linguagem moderna, dizemos que este aparelho de Heron  é uma máquina térmica, isto é , uma dispositivo que transforma calor em trabalho mecânico, Entretanto,a máquina de Heron não foi usada com objetivo prático, para produzir grandes quantidades de energia mecânica, Somente no século XVIII vieram a ser construídas as primeiras máquinas térmicas capazes de realizar trabalho em escala industrial.

A  MÁQUINA DE WATT

            As primeiras máquinas térmicas, inventadas no século XVIII, além de bastante precárias, apresentavam rendimentos muito baixo, isto é , consumiam grande quantidade de combustível para produzir um trabalho relativamente pequeno.

            Por volta de 1770, o inventor escocês James Watt apresentou um novo modelo de máquina térmica que veio substituir, com enormes vantagens, as máquinas existentes. O vapor formado na caldeira a alta pressão penetra no cilindro através da válvula A, que está aberta ( neste momento ,a válvula B está fechada). O pistom é , então empurrado pelo vapor, colocado em rotação uma roda a ele acoplada. Quando o pistom se aproxima da extremidade do cilindro, a válvula A é fechada e B é aberta, permitindo o escapamento do vapor para o condensador, o qual PE continuamente resfriado por um jato de água fria, Assim , o vapor se condensa, ocasionando um queda de pressão no interior do cilindro, fazendo com que o pistom retorne à sua posição inicial. A válvula B é , então fechada , enquanto A é aberta, permitindo nova admissão de vapor no cilindro ,repetindo-se o ciclo. Desta maneira, a roda acoplada ao pistom se manterá continuamente em rotação.

            A máquina de Watt foi inicialmente empregada para movimentar moinhos e acionar as bombas que retiravam água de minas subterrâneas e, posteriormente, nas locomotivas e barcos a vapor. Além disso, a máquina a vapor passou a ser amplamente usada nas fábricas para acionar os mais diversos dispositivos industriais, dando origem a um grande surto de desenvolvimento nesta área, sendo, por isso, considerada como um dos fatores que provocaram a chamada Revolução Industrial no século passado.

1ª LEI DA TERMODINÂMICA ( CONSERVAÇÃO DA ENERGIA)

1ª LEI DA TERMODINÂMICA ( CONSERVAÇÃO DA ENERGIA)

            Quando uma quantidade de calor Q é absorvida ( Q positivo) ou  cedida ( Q negativo) por um sistema e um trabalho T é realizado por este sistema ( T positivo ) ou sobre ele ( T negativo), a variação da energia interna, ΔU, do sistema é dada por

                                               ΔU= Q - T

CALOR ESPECÍFICO E TEMPERATURA AMBIENTE

Calor específico e temperatura ambiente

                Quanto maior o calor específico de uma substância, menos ela se aquece ao receber certa quantidade de calor. A água é uma das substâncias que apresentação calor específico de valor mais elevado. Por essa razão, certa massa de água ( logo, rio, piscina etc.),ao receber calor do Sol, sofre  pequenas variações em sua temperatura, em comparação com outros objetos situados em sua vizinhança. Ainda pelo mesmo motivo, quando a Sol se põe, isto é, quando a água e os outros objetos liberam calor para o ambiente , o resfriamento da água é muito mais lento que o daqueles objetos, assim, é fácil entender por que é tão agradável mergulhado na água num dia muito quente.

                Por outro lado, como a areia tem um calor específico muito pequeno, ela se aquece e se resfria com facilidade. Por isso, nos desertos, embora os dias sejam excessivamente quentes, as noites costumam apresentar temperaturas muito baixas.

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo;Scpione,2006

AS CORRENTES DE CONVECÇÃO

As correntes de convecção

                Atmosferas, ao se moveram para cima ( ar mais quentes),costumam ser aproveitadas por alguns pássaros,aviões planadores(sem motor) e asas-deltas para ganharem altura, planando em seguida (perdendo altitude), até encontrarem outra corrente de convecção ascendente. Desta maneira, estes dispositivos conseguem percorrer enormes distancias m sem consumo de combustível próprio.

Conde Rumford( 1753 – 1814)

Conde Rumford( 1753 – 1814)

                Engenheiro americano que ,sendo leal à coroa britânica durante a revolução de Independência Americana, viu obrigado a se exilar na Inglaterra, onde trabalhou como alto funcionário do governo. Após se sagrado cavalheiro pelo Rei George III, recebeu permissão para trabalhar em uma fábrica de armas Munique. Nessa ocasião , ele iniciou estudos que o levara a questionar a teoria do calórico, lançando as bases da moderna teoria do calor como uma forma de energia.