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TERMODINÂMICA APLICADA ‐ 614EE T E O R I A 1. APLICAÇÕES DECORRENTES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Quando um sistema muda de estado físico por conta de uma troca de calor efetuada com o meio, o valor de sua energia interna varia, passando de um valor inicial (Ui) para um valor final (Uf). Podemos escrever que a variação da energia interna (ΔU ) de um corpo é expressa por: ΔU = Uf ‐ Ui (1) Figura 1: Aumento na energia interna permite gerar trabalho sobre o êmbolo. Fonte: www.sabereletronica.com.br Acessado em 07/07/2010 Nota: Com o calor fornecido, obtemos um aumento da energia interna do gás e um trabalho, decorrente da expansão do gás, que é usado para movimentar o êmbolo. 2
TERMODINÂMICA APLICADA ‐ 614EE A Primeira lei: Q = ΔU + W (2) Observe que, quando o sistema recebe calor, ele aumenta a sua energia interna. Parte dessa energia fornecida pode ser aproveitada para a realização de um trabalho. E é justamente isso que máquinas térmicas, como máquinas a vapor ou motores de combustão, fazem. Note que esse trabalho que permite ao êmbolo do cilindro se movimentar é feito a partir do ganho de energia interna, que, por sua vez, ocorre por conta da energia (calor) recebida de uma fonte. Na verdade, essa relação se baseia no Princípio da Conservação da Energia: a energia que entra no sistema como calor (Q) é igual à somatória de variação da energia interna (ΔU) com o trabalho desenvolvido (W). 2. MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA Figura 2: Motor de 4 cilindros, combustão interna. Fonte: pion.sbfisica.org.br Acessado em07/07/2010 3
TERMODINÂMICA APLICADA ‐ 614EE Uma das grandes revoluções tecnológicas da sociedade moderna foi a invenção do automóvel. O desenvolvimento desse tipo de máquina deve‐se aos avanços nos estudos da Termodinâmica, que foram grandes ao longo do século XIX. Os motores de combustão de veículos de passeio, como os que operam em Ciclo Otto, geram energia a partir da queima de uma mistura de combustível mais ar. Os combustíveis mais usuais são gasolina e álcool. Outro tipo de motor é o diesel, que opera no ciclo Diesel e dispensa a ignição por velas. Nos motores de ciclo Otto, a mistura entra na câmara de combustão dosada pela injeção eletrônica e a queima é provocada pela ignição da vela. Inicia‐se, assim, o chamado ciclo de quatro tempos: Figura 3: motor de combustão a gasolina/álcool. Fonte: www.if.ufrgs.br
Acessado em 07/07/2010
Veja como a mistura é dosada e as reações químicas que ocorrem na queima: <http://educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u65.jhtm>. Com a expansão gerada durante a queima, o movimento cíclico dos cilindros é transmitido para as bielas e virabrequim, chegando, assim, até a transmissão e as rodas, que movimentam o veículo. 4
TERMODINÂMICA APLICADA ‐ 614EE 3.TERMOSCÓPIO O Termoscópio de Galileu foi construído (1592) para avaliar qualitativamente a variação da temperatura, isto é, não fornece a medida da mesma. Figura 4: termoscópio
Figura 5: termoscópio ou ebulioscópio Quer saber mais sobre o termoscópio? Acesse: http://www.youtube.com/watch?v=f9H1hbBAnFc&NR=1&feature=fvwp 5
TERMODINÂMICA APLICADA ‐ 614EE Autores Luis Fábio Simões Pucci. Autoria Especializada em Física (conteúdos: Laboratório Virtual, Teoria, Mapa Interativo, Avaliação e Guia do Professor). Licenciado em Física (USP), Licenciado em Matemática (Uniban‐SP), Engenheiro Mecânico (Mauá‐ SP) e Mestre em Educação (Uninove). Professor e membro da equipe do Instituto Galileo Galilei para a Educação. Autor de livros didáticos e paradidáticos pelas editoras Moderna, Escala Educacional, People e Laborciência. Professor das redes pública e particular de São Paulo. E‐mail: [email protected]. Noriyasu Omote. Coordenadoria de Experimentos Educacionais. Complementação técnica e pesquisa dedicada à elaboração do Guia Pedagógico, Referencial Teórico, Quadro‐Negro e Material utilizado nos experimentos. Formação Acadêmica: Graduação em Ciências Exatas pelo Instituto de Física da USP. Especialização em Tecnologia de Ensino de Física. Autor e docente de cursos ministrados em Ciências do Ensino Fundamental e Física do Ensino Médio. Pesquisa e Desenvolvimento de Experimentos de Física (Laborciencia Tecnologia Educacional). Co‐fundador do Instituto Galileo Galilei para a Educação (IGGE).