Termodinâmica e origem etimológica

Etapa 1

Passo 1

Termodinâmica e a origem etimológica

A palavra termodinâmica teve origem na junção de dois vocábulos gregos, therme (calor) e dynamis (força), que têm a ver com as primeiras tentativas para transformar calor em trabalho e que constituíram o objetivo primordial desta ciência. A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade de aperfeiçoar o funcionamento das primeiras máquinas a vapor, de que é exemplo a máquina de Newcomen construída no princípio do século XVIII. Atualmente a termodinâmica não se ocupa apenas das transformações onde ocorrem trocas de calor e de trabalho mas estendeu-se a todas as outras formas de energia e suas transformações, podendo dizer-se que a termodinâmica é a ciência que estuda a energia nas suas diversas formas. Uma das leis fundamentais da Natureza é a lei da conservação da energia. Estabelece que, durante qualquer interação, a energia pode mudar duma forma para outra mas a quantidade total de energia mantém-se constante, isto é, não se pode criar, nem destruir, energia. Como mais tarde se verá o primeiro princípio da termodinâmica é, apenas, uma expressão desta lei afirmando, ainda, que a energia é uma propriedade termodinâmica da matéria. O segundo princípio da termodinâmica afirma que nem todas as transformações em que a energia se conserva podem ocorrer. Algumas transformações da Natureza dificilmente ocorrem nos dois sentidos. Uma chávena de café quente arrefece numa sala a uma temperatura inferior, e o contrário nunca acontece: uma chávena à temperatura ambiente não volta a aquecer. Sabe-se que a matéria é constituída por um número muito grande de partículas chamadas moléculas. Naturalmente que as propriedades duma substância dependem do comportamento das moléculas que a constituem.

Termodinâmica Classica

O origem da termodinâmica clássica é datada do início de 1600, período em que os cientistas eram motivados a compreender os fenômenos percebidos pelos sentidos através de fatos observados e experimentações. O início deste período foi marcado pelos experimentos de Galileu para quatificar a termometria. Estes experimentos foram baseados no fenômeno de expansão do ar após aquecimento. Galileu fez uso de termômetros de água e, posteriormente, de álcool para realização de seus testes. A evolução da quantificação da termometria exigiu a introdução dos pontos fixos, de ebulição e fusão, para que os experimentos realizados pudessem ser comparados entre os cientistas. Por volta de 1700, observou-se que líquidos quentes resfriavam-se de maneira distinta em diferentes repicientes, o que deu origem à idealização dos conceitos de paredes adiabática e à calorimetria. Em 1760, Joseph Black introduziu que além da temperatura, algo mais era consevado em processos mistos, o calor ou calórico. Vinte anos depois, Rumford mostrou que trabalho mecânico era uma fonte inesgotável de calor e que, portanto, o calórico não poderia ser conservado. Em 1824, Carnot propôs novos conceitos acerca da reversibilidade, reservatórios de calor e a necessidade de diferença de temperatura para gerar trabalho a partir de uma interação térmica, que levaram à troca da teoria do calórico para Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica. A proposta de uma operação cíclica para conservação de uma dada quantidade é conhecida até os dias de hoje, embora sabe-se que esta afirmação não é totalmente válida, pois Carnot assumiu esta quantidade como sendo o calórico. Estas discussões foram findadas com o trabalho de Joule que estabeleu uma equivalência entre a mecânica, elétrica e energia química e calor, mostrando que o calor e o trabalho são formas de transferência de energia e que o calor não é conservado. A entropia é conservada apenas no limite de processos reversíveis.

Sistemas Termodinâmicos

Um sistema termodinâmico é qualquer quantidade de matéria, ou região do espaço, que se escolhe com o objectivo de estudar o seu comportamento. A matéria, ou a região, exterior ao sistema é designada vizinhança. Chama-se fronteira à superfície, real ou imaginária, que separa o sistema da sua vizinhança. A fronteira dum sistema pode ser fixa ou móvel. Os sistemas classificam-se em fechados e abertos, conforme se escolhe como objecto de estudo uma determinada quantidade de matéria ou uma determinada região do espaço. Um sistema fechado (também designado massa de controlo) é constituído por uma quantidade fixa de matéria e a sua fronteira não pode ser atravessada por essa matéria. Isto é, não pode entrar, nem sair, massa do sistema. Mas a energia, quer na forma de trabalho quer na forma de calor, pode atravessar a fronteira deste sistema e o seu volume pode variar. Se, eventualmente, nem a energia pode atravessar a fronteira dum sistema fechado, este chama-se isolado.

massa NÃO energia SIM

Passo 2

Menos de uma quarta parte de energia calorífica desenvolvida num motor de explosão é convertida em trabalho útil. O calor restante deve ser dissipado para que nenhum dos componentes do motor aqueça a ponto de deixar de funcionar.

Quando se pisa a fundo no acelerador, cerca de 36% do calor desaparecem pelo sistema de escapamento, 7% perdem-se devido a atritos internos e no aquecimento do óleo de lubrificação e 33% dissipam-se no sistema de resfriamento.

Existem dois tipos de sistema de resfriamento: direto e indireto. No sistema direto, o ar circula através das aletas existentes no exterior dos cilindros e na cabeça dos cilindros, já no sistema indireto, um líquido de resfriamento, normalmente água, circula pelos canais existentes no interior do motor.

Um sistema moderno de resfriamento por água apresenta as seguintes partes essenciais:

Uma camisa de água, que rodeia as partes quentes do motor, tais como os cilindros, as câmaras de explosão e as saídas do escapamento; Um radiador, no qual a água quente proveniente do motor é arrefecida pelo ar;

Um ventilador, que faz circular o ar através do radiador;

Mangueiras existentes na parte superior e inferior do radiador e que ligam este ao motor para estabelecer um circuito fechado,

Uma bomba, que faz circular a água,

Um termostato, montado na saída da água do motor e que reduz a circulação da água até que o motor atinja