Máquina Térmica

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Máquina Térmica

 

23 de Junho de 2016

Índice

Revisão bibliográfica----------------------------------------------------------------------------------------- 3

Materiais e Métodos ----------------------------------------------------------------------------------------- 4

Resultados e Discussão--------------------------------------------------------------------------------------- 5

Conclusão------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7

Referências Bibliográficas ---------------------------------------------------------------------------------- 7

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Revisão bibliográfica

As máquinas térmicas são dispositivos que convertem calor em trabalho, enquanto opera em um ciclo. (UFRG,2009)

Para que um dado sistema realize um processo cíclico no qual retira certa quantidade de energia, por calor, de um reservatório térmico e cede, por trabalho, outra quantidade de energia à vizinhança, são necessários dois reservatórios térmicos com temperaturas diferentes. Máquina térmica é qualquer dispositivo que permite a um dado sistema realizar um processo cíclico desse tipo. Uma máquina térmica retira certa quantidade de energia Q2, por calor, de um reservatório térmico de temperatura alta T2, cede uma quantidade de energia menor Q1, também por calor, a um reservatório térmico de temperatura baixa T1 e cede uma quantidade de energia W, por trabalho, à vizinhança. (UFSM,2016).

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Figura1: Representação de uma máquina térmica. Retirada de UFSM,2016

        A conservação de energia é um Princípio que se aplica a qualquer sistema, assim como a conservação de massa. As máquinas térmicas obedecem a Primeira Lei da Termodinâmica, pois parte da energia na forma de calor (Q2) que recebem, é transformada em trabalho (W) e quantidade de calor recebida(Q1). Portanto, a soma do trabalho realizado pela máquina com o aumento da energia interna deve ser igual à quantidade de energia que lhe foi fornecida. (Adaptada de UFRGS)

Q2 = W + Q1 (Conservação de energia)

                A parte de calor que não foi utilizada para a realização de trabalho é cedida para a fonte fria ou é dissipada, portanto, uma máquina térmica nunca rende o máximo. A Segunda Lei da Termodinâmica que diz que é impossível transformar todo calor em trabalho, reflete o fato de que nenhuma máquina térmica tem 100% de eficiência, portanto, o rendimento de tais máquinas é sempre inferior a 100%. (UFRGS)

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Materiais e Métodos

Materiais utilizados:

• Placa de circuito termoelétrico;

• Blocos de alumínio;

• Espumas isolantes;

• Cabos banana para conexões;

• Cabos para medida de temperatura;

• DC Power Supply (10 V, 1 A no mínimo);

• Sensor de voltagem/corrente PASPORT;

• Sensor de temperatura Quad;

• Interfaces PASPORT;

• Software DataStudio .

 

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Figuras 2 e 3: Montagem do sistema.

Para realização do experimento foram seguidos os seguintes passos:

1. Inicialmente deixou-se os blocos de alumínio à temperatura ambiente e o interruptor de faca na posição neutra (para cima).
2. Foi definida tensão de 4 volts. Iniciou-se a gravação de dados.
3. Foi colocado o interruptor de faca na posição bomba de calor (“Heat pump”), observou-se a mudança da temperatura dos blocos de alumínio.
4. Foi deixado o Peltier no modo bomba de calor por cerca de um minuto, em seguida, mudamos para o modo máquina térmica (“Heat Engine”).
5. Observamos a mudança da temperatura dos blocos de alumínio.
6. Encerramos a gravação quando os blocos de alumínio estavam com temperaturas próximas.

Resultados e Discussão

        A tabela a seguir mostra os dados coletados:

Posição / tempo	Bloco 1	Bloco 2
Neutra (0s)	22,8 ºC	23,5 ºC
Bomba de Calor (80s)	15,3 ºC	35,4 ºC
Máquina térmica (600s)	25 ºC	25 ºC

        Foram considerados:

• Massa de cada bloco: 19g
• Calor específico (c): 0,9J/gºC
• Corrente: 1A
• Tensão: 4 V

Quando o Peltier foi posicionado na bomba de calor a potência elétrica gera trabalho, provocando o aumento da temperatura do bloco 2, gerando um trabalho da vizinhança sobre o sistema.