O que uma mquina trmica?Apesar do calor s ter sido reconhecido como uma forma de energia no sculo passado, j se sabia, desde a antiguidade, que este pode ser usado para produzir vapor, e, por sua vez, realizar trabalho. A mquina trmica um dispositivo que transforma calor em trabalho macnico.

Mquina trmica de Heron

As mquinas trmicas e a Revoluo Industrial

As mquinas a vapor tiveram participao fundamental no processo de industrializao que teve incio na Inglaterra no sculo XVIII. As mquinas existentes na poca tinham rendimento baixo, ou seja, gastavam muita energia e produziam pouco trabalho. Por volta de 1770, o inventor escocs James Watt apresentou um novo modelo de mquina

Mquinas a vapor

trmica que veio a substituir as mquinas existentes. Dentre tantas aplicaes da mquina de Watt, pode-se citar: movimento de moinhos, acionamento de bombas e dos mais diversos equipamentos industriais, e posteriormente nas locomotivas e barco a vapor.

Atualmente a energia trmica do vapor tem sido usada nas centrais termeltricas. Com um funcionamento muito simples: uma turbina recebe um jato de vapor a alta presso, que lanado sobre um conjunto de lminas, fazendo-a rotacionar. Com isso, a energia trmica transformada em energia eltrica.

As termeltricas e a energia do vapor

Transformaes cclicasDas mquinas vapor aos motores a exploso dos veculos atuais, as mquinas trmicas construdas ao decorrer da histria operam em ciclos , onde o calor recebido transformado em trabalho. Nesses ciclos um gs parte de suas variveis iniciais (Pi, Vi, Ti), que coincidem com suas variveis finais (Pf, Vf, Tf).

Como se comportam o calor, a temperatura e o trabalho realizado?

Primeiramente, numa transformao cclica a temperatura no varia e, consequentemente, U=0. Pela primeira lei da termodinmica: Q= T. Analisando o grfico duma transformao cclica e notando que o trabalho em uma transformao gasosa numericamente igual rea sob a curva, pode-se notar que o

Trabalho resultante sendo positivo (trabalho realizado pelo gs), a mquina deve receber calor. o caso, por exemplo, das mquinas a vapor e dos motores a combusto. J para se ter trabalho negativo (trabalho realizado sobre o gs), devese perder calor. o caso dos refrigeradores e aparelhos de arcondicionado.

Segunda Lei da Termodinmica

Pode-se observar diariamente que existem processos que no ocorrem espontaneamente. Quando quebramos acidentalmente um prato, os pedaos de vidro no se unem sem que haja a interferncia de um agente externo. Uma criana brincando com tinta mela sua roupa. Neste caso, as mes sofrem para lavar a roupa suja de tinta do filho e, assim, devolv-la ao estado inicial.

Esses processos so ditos irreversveis. A segunda lei da termodinmica descreve aquilo que no ocorre espontaneamente. Enquanto a primeira lei basicamente uma lei de conservao da energia, a segunda lei aponta os limites da natureza.

Como enunciar a Segunda Lei?

Pode-se enunciar a segunda lei de varias formas. Segue-se algumas delas: O calor no passa de forma espontnea de um corpo com menor temperatura para outro com temperatura mais elevada. Rudolf Clausius (1822-1888), professor universitrio e fsico alemo, enunciou a segunda lei de outra forma:

impossvel construir um dispositivo que, operando em ciclos, produza como nico efeito a transferncia de calor de um corpo frio para um corpo quente. Ento no existem mquinas perfeitas?! Max Planck (1848-1947) e William Tompson (1824-1907) propuseram outro enunciado para a segunda lei:

impossvel criar uma mquina trmica que, operando em ciclos, transforme integralmente em trabalho todo calor que fornece. As locomotivas e os automveis, so exemplos de mquinas trmicas que operam em ciclos. Segundo a segunda lei, impossvel construir uma mquina trmica que tenha rendimento de 100%!

Por que o rendimento to importante?

Voc, estudante, se depara ao longo dos anos com vrios tipos de avaliaes. Vrios pontos esto em jogo. Digamos que a pontuao mxima duma prova dez e voc conseguiu tirar esta nota. Pode-se dizer que seu rendimento foi de 100%. De fato, o rendimento duma mquina trmica calculado de forma similar.

Numa mquina trmica uma determinada quantidade de calor (Q1) retirada da fonte quente. Do total Q1 retirado uma parte pra realizao de trabalho mecnico (T) e a outra parte transferida para a fonte fria (Q2) Portanto, o rendimento calculado pela frmula: N= T/Q1

O Ciclo de Carnot e o rendimento mximoO engenheiro francs Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832) idealizou uma sequncia de ciclos que possibilitassem rendimento mximo (abaixo de 100%, claro). O ciclo de Carnot composto de duas transformaes isotrmicas e duas adiabticas. O ciclo reversvel, ou seja, pode ser realizado nos dois sentidos.

Carnot mostrou que existe a seginte relao de proporcionalidade: Q2/Q1= T2/T1, de forma que o rendimento pode ser escrito como: N= 1-T2/T1

O que concluir?O ciclo de Carnot leva a concluses importantes sobre as mquinas trmicas: Nenhuma mquina que opere entre T1 e T2 pode ter rendimento maior que a respectiva mquina de Carnot; O rendimento duma mquina de Carnot depende apenas de T1 e T2. Apesar de mximo, o rendimento nunca ser

De 100%, j que T2= 0k impossvel.