Termodinamica

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Termodinâmica

2º Bimestre

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SUMÁRIO

Máquinas Térmicas ---------------------------------------------------------------------- 03

As máquinas térmicas fazem conversão de energia ---------------------------------------- 03

Há conservação de energia nas máquinas térmicas ---------------------------------------- 03

Estrutura de uma máquina térmica ---------------------------------------------------- 04

Segunda Lei da Termodinâmica ----------------------------------------------------- 04

Rendimento das Máquinas Térmicas ---------------------------------------------- 05

Motor térmico ------------------------------------------------------------------------------------------- 05

Potência ------------------------------------------------------------------------------------------------- 06

Ciclos termodinâmicos ----------------------------------------------------------------- 06

Funcionamento dos motores de combustão interna ------------------------- 07

Ciclo Otto: motor a álcool ou gasolina ----------------------------------------------------------- 07

Tempos dos motores de combustão interna -------------------------------------------------- 07

Motores a diesel --------------------------------------------------------------------------------------- 09

Funcionamento – Motor a diesel ------------------------------------------------------------------ 09

Trocadores de calor ---------------------------------------------------------------------- 10

Bomba de calor (aquecedor termodinâmico) -------------------------------------------------- 10

Máquinas refrigeradoras ou frigoríficas --------------------------------------------------------- 11

Funcionamento da Geladeira ---------------------------------------------------------------------- 11

Ciclo de Carnot ---------------------------------------------------------------------------- 12

Rendimento para o Ciclo de Carnot --------------------------------------------------------------------- 12

Entropia -------------------------------------------------------------------------------------- 13

Processos Irreversíveis ------------------------------------------------------------------------------ 13

Variação da entropia --------------------------------------------------------------------------------- 13

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Máquinas Térmicas

As máquinas térmicas são dispositivos em que há troca de energia na forma de calor e nos quais também há troca de energia com o meio externo, na forma de trabalho mecânico, em um processo cíclico.

Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho.

São máquina térmicas:

 máquina à vapor

 motor de combustão interna

 refrigerador

 ar condicionado

Tanto as máquinas térmicas a vapor, que operam com o vapor d'água produzido em uma caldeira, quanto as máquinas térmicas de combustão interna que operam devido aos gases gerados pela queima de combustíveis, têm seu funcionamento baseado no aumento da energia interna das substâncias envolvidas e no trabalho realizado, e tanto a energia interna, quanto o trabalho, dependem da quantidade de energia na forma de calor que foi transferida à substância.

As máquinas térmicas fazem conversão de energia

As máquinas devem realizar trabalho mecânico como elevar, movimentar ou misturar; e seu funcionamento depende de um combustível, ou fonte de energia, logo elas transformam algum tipo de energia em energia mecânica.

Em geral, elas convertem a energia do combustível em energia térmica de um gás através do processo de combustão e o gás se expande, realizando trabalho enquanto sua temperatura diminui.

Há conservação de energia nas máquinas térmicas

A conservação de energia é um Princípio que se aplica a qualquer sistema, assim como a conservação de massa.

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As máquinas térmicas obedecem a Primeira Lei da Termodinâmica, pois parte da energia na forma de calor (Q) que recebem, é transformada em trabalho (W). Esta é a parte de energia útil. A outra parte é transformada em variação de energia interna, ΔU, esta parte representa a quantidade de energia degradada ou não aproveitada, de modo que:

ΔU = Q - W.

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.

Se uma máquina térmica realiza trabalho ao invés de adicionarmos calor ao sistema, segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, deverá haver um aumento da energia interna.

Esse é um caso simples que ocorre em nossa vida diária quando, por exemplo, esfregamos as mãos. O trabalho mecânico que realizamos faz com que a energia interna aumente e as mãos se aqueçam. O mesmo ocorre quando enchemos o pneu de uma bicicleta com uma bomba manual.

Estrutura de uma máquina térmica

Basicamente, uma máquina térmica é constituída por dois reservatórios, como mostra a figura ao lado.

O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedecendo a Segunda Lei da Termodinâmica e transformado parte do calor que sai da fonte quente em trabalho.

Segunda Lei da Termodinâmica

Pode ser enunciada de diferentes maneiras: