Termodinâmica

Etapa 1

passo 1(Aluno)

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 objectivo primordial desta ciência. A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade de aperfeiçoar o funcionamento das primeiras máquinas a vapor. Termodinâmica Clássica ou Termodinâmica do Equilíbrio é uma das poucas áreas bem consolidadas da Física, sintetizada por uma estrutura de conhecimento bem definida e autoconsistente. Estuda os fenômenos térmicos como calor, temperatura, dilatação, energia térmica, estudo térmico dos gases etc

Os principais cientistas foram:

Guericke, que em 1650 projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo, e o primeiro vácuo artificial do mundo, através dos hemisférios de Magdeburgo.

Logo após este evento, o físico e químico irlandês Robert Boyle tomou ciência dos experimentos de Guericke, e em 1656, em coordenação com o cientista inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação entre pressão, temperatura e volume. Com isso foi formulada a Lei de Boyle, a qual estabelece que a pressão e o volume são inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes conceitos, um conhecido de Boyle chamado Denis Papin construiu um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado com uma tampa fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.

Em 1697, baseado nas idéias de Papin, que o engenheiro Thomas Savery construiu a primeira máquina a vapor. Embora nesta época as máquinas fossem brutas e ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Um destes cientistas foi Sadi Carnot, o "pai da termodinâmica", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência de máquina. O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a máquina de Carnot, o ciclo de Carnot e a potência motriz. Isto marcou o início da termodinâmica como ciência moderna.

passo 2(Equipe)

1)

Há dois tipos de sistemas de arrefecimento encontrados em carros: arrefecimento a líquido e arrefecimento a ar. Arrefecimento a líquido; O sistema de arrefecimento a líquido faz circular um fluido por mangueiras e partes do motor. Ao passar pelo motor quente o líquido absorve calor, resfriando o motor. Depois que o fluido deixa o motor ele passa por um trocador de calor, ou radiador, que transfere o calor do fluido para o ar que passa pelo radiador. Arrefecimento a ar; Alguns carros mais antigos (o Fusca e seus derivados, por exemplo) e uns poucos contemporâneos usam motores refrigerados a ar. Em vez de haver um líquido circulando pelo motor, o bloco e o cabeçote são dotados de aletas que aumentam a área de absorção de calor e de contato com o ar, conduzindo o calor para longe do motor. Uma potente ventoinha força o ar sobre essas aletas, que resfriam o motor ao acelerar a transferência de calor para o ar. Quando o motor é exposto ao fluxo de ar, como nas motocicletas, a ventoinha pode ser dispensada. A água é um dos fluidos mais eficazes na conservação de calor, mas ela congela numa temperatura muito alta para ser usada em motores de automóveis. O fluido que a maioria dos carros usa é uma mistura de água e etileno-glicol (C2H6O2), também conhecido como aditivo de radiador ou anticongelante. Adicionando-se etileno-glicol à água, os pontos de ebulição e de congelamento melhoram significativamente. Água pura 50/50

C2H6O2/Água 70/30 C2H6O2/Água

Ponto de congelamento -0º C -37º C -55º C Ponto de ebulição 100º C 106º C

113° C

Passo 2 (Equipe)

2)

1- Comparar a quantidade de água e de ar necessárias para proporcionar a mesma refrigeração a um motor de automóvel. Resposta: Q= m.c.∆T m.cágua.∆T = m.car∆T m.água = c.água m.ar C.ar

c.água = 4.186 J\Kg.K = 4.186 J\Kg.K c.ar = 1.000J\Kg.K

Logo,

São necessários 4.186 J\Kg. K de ar para proporcionar a mesma refrigeração da água.

Passo 3 (Equipe)

1)

Pesquisar qual a faixa de temperatura em que geralmente o líquido de arrefecimento opera, e o tipo de termômetro utilizado para fazer essa medição da temperatura do motor do carro.

O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etileno glicol, (1, 2 etanodiol), álcool de fórmula HO-CH2CH2-OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9oC, e a de ebulição é de 197,3º.A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33C, e a de ebulição, superior a 160ºC. Para medir a temperatura e utilizado um Sensor temperatura líquido de arrefecimento que Informa à central a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois identifica a temperatura do motor. Nos momentos mais frios o motor necessita de mais combustível.

2- Justificar a importância desse tipo de medição em relação à combustão do combustível.

Fazendo a regulagem da temperatura do fluido, o motor trabalha na sua temperatura normal e aumenta o rendimento do motor e consequentemente reduz o consumo de combustível.

3- Converter a temperatura máxima e mínima encontradas e a diferença entre elas em outras duas escalas termométricas, a Kelvin e Fahrenheit.

-12ºC para congelamento e 197,3ºC para ebulição

Kelvin Congelamento: -285.15ºK Ebulição: 470,45ºK K = °C + 273,15 Fahrenheit Congelamento: - 53,6ºF Ebulição: 387,14ºF °F = °C × 1,8 + 32

4- Comentário sobre a utilização dessas escalas em outros países:

A escala Celsius é usada em quase todo o mundo cotidianamente, apesar de ter sido chamada de centigrama até o final de 1980 e início de 1990, principalmente em previsões do tempo em redes de rádio e televisão europeias como a BBC, a ITV, e RTÉ. A escala Fahrenheit foi utilizada principalmente pelos países que foram colonizados pelos britânicos, mas seu uso atualmente se restringe a poucos países de língua inglesa, como os Estados Unidos O kelvin (símbolo: K) é