apostila física - térmica4

8/14/2019 Apostila Fsica - Trmica4

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GREFFsica Trmica.

v e r s o p

r e l i m i n a r

para ler, fazer e pensar

leituras de

fsica

419. A todo vapor

20. Cavalos de Ao21. O gelo ao alcance de todos

22. Potncia e Perdas Trmicas23. Calor Presena Universal: a retomada

C1. Medida e controle de temperaturaC2. Fontes e trocas de calorC3. Transformaes trmicas.C4. Calor e produo


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Leituras de Fsica uma publicao do

GREF - Grupo de Reelaborao do Ensino de FsicaInstituto de Fsica da USP

EQUIPE DE ELABORAO DAS LEITURAS DE FSICAAnna Ceclia CopelliCarlos ToscanoDorival Rodrigues Teixeira Isilda Sampaio Silva

Jairo Alves Pereira Joo MartinsLus Carlos de Menezes (coordenador)Lus Paulo de Carvalho PiassiSuely Baldin PelaesWilton da Silva Dias

Yassuko Hosoume (coordenadora)ILUSTRAES:

Fernando Chu de MenezesMrio Kano

GREF - Instituto de Fsica da USPrua do Mato, travessa R, 187Edifcio Principal, Ala 2, sala 30505508-900 So Paulo - SPfone: (011) 818-7011 fax:(011) 818-7057financiamento e apoio:Convnio USP/MEC-FNDESub-programa de educao para as Cincias (CAPES-MEC)FAPESP / MEC - Programa Pr-Cincia Secretaria da Educao do Estado de So Paulo - CENP

A reproduo deste material permitida, desde que observadas as seguintes condies:1. Esta pgina deve estar presente em todas as cpias impressas ou eletrnicas.2. Nenhuma alterao, excluso ou acrscimo de qualquer espcie podem ser efetuados no material.3. As cpias impressas ou eletrnicas no podem ser utilizadas com fins comerciais de qualquer espcie.

junho de 1998


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19 A todo vapor.

Para gerar eletricidadeprecisamos fazer girar

um eixo.O vapor pode ser usado

para provocar essegiro?

As usinas geradoras de eletricidade transformam energiamecnica de rotao do eixo da turbina em energia eltrica.

Como produzido o movimento de rotao de uma turbina avapor?

Numa usina termoeltrica a energia se conserva?

E uma usina termonuclear, como funciona?


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19 A todo vapor.A turbina a vapor.

NA CALDEIRA A PRESSO DOVAPOR CONTROLADA PORVLVULAS TAL COMO NUMAPANELA DE PRESSO.

A turbina a vapor uma mquina trmica que utiliza o

vapor d'gua para movimentar suas hlices, produzindo a rotao do seu eixo. essa rotao que nas usinastermoeltricas vai acionar o gerador eltrico.

Ela constituda de uma caldeira, de um conjunto dehlices (turbina), de um condensador e de uma bomba.

As transformaes dasubstncia de operao

Em cada componente da turbina o vapor ou a gua sofremtransformaes tendo sua presso, volume e temperaturas

alteradas.Representando graficamente as variaes de presso e

volume em cada etapa podemos compreender o ciclo da turbina a vapor.

A gua, substncia de operao, aquecida na caldeira pela queima externa do combustvel, em geral carvomineral fervendo a alta presso.

O vapor aquecido at cerca de 300 0C escapa por diferena de presso e atravs de uma tubulao chega at oconjunto de hlices ou turbina, para a qual transfere partede sua energia cintica produzindo a rotao do eixo da turbina. Como consequncia o vapor tem sua presso etemperatura diminuda.

Depois de passar pelas hlices o vapor resfriado numa serpentina, se condensa e a gua chega bomba.

A gua bombeada para a caldeira vai garantir a continuidadedo processo neste ciclo fechado da turbina a vapor.

Por que necessrio um

condensador na turbina vapor?Se para girar a hlice necessrio vapor a alta presso etemperatura, poderia se pensar em injetar o vapor de volta caldeira sem antes liquefaz-lo. Isto porm, no podeser feito porque acarretaria um trabalho muito granderealizado pela bomba, pois o vapor pode ser muitocomprimido dificultando o bombeamento.

A funo do condensador resfriar o vapor, que ao circularpela serpentina (envolvida por gua corrente), perde calorat liquefazer.

A gua temperatura de 100 0C ento facilmentebombeada para caldeira. Se a gua fosse resfriada, atingindotemperaturas menores, a caldeira seria sobrecarregada coma tarefa de aquec-la at a ebulio.


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O ciclo completo.Num ciclo completo da turbina a vapor a energia queprovm da queima do combustvel (carvo) utilizada para variar a energia interna da substncia deoperao (gua e vapor) e para realizar trabalho

fazendo girar o eixo da turbina. A gua que circula externamente ao condensador tambm se aquece.

A energia fornecida ao sistema transformada em trabalho, reaproveitada no processo, e em parte cedida ao ambiente.

NUM CICLO COMPLETO A ENERGIA SE CONSERVA.

A gua se vaporiza presso constante, aumentando seu volume -transformao isobrica - ;

Etapas do Ciclo da gua no Interior da Turbina01) Caldeira.

O vapor se expande realizando trabalho. Como as hlices da turbina e o vapor esto mesma temperatura e a transformao ocorrerapidamente, no h trocas de calor - expanso adiabtica -

)( CB ;

02) Turbina.

03) Condensador.

O vapor passa para o estado lquido, trocando calor com o meio ediminuindo o volume presso constante )( DC ;

A bomba, ao comprimir a gua, aumenta sua presso at que esta seiguale presso do interior da caldeira. Pelo fato da gua serpraticamente incompressvel, podemos considerar este processoisomtrico )( AD .

04) Bomba.

Mquinas Trmicas.

)( BA


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A todo vapor.Numa usina termonuclear a turbina movida a vapor a alta presso como na termoeltrica. A diferena entre elasconsiste na maneira de produzir o vapor.

Enquanto na termoeltrica o vapor produzido numa caldeira onde a gua aquecida pela combusto externa do carvo ou petrleo, na nuclear um reator que utiliza ournio ( U235 ) como combustvel para produzir o calornecessrio para aquecer a gua.

Termonuclear

PESQUISE SOBRE AS USINAS CONSTRUDAS NOBRASIL,APOLUIO E DANOS CAUSADOS PELAS CONSTRUES DEHIDRELTRICAS,TERMOELTRICAS E TERMONUCLEARES.

Em nossos dias consumimos cada vez mais energia eltrica.As usinas geradoras entretanto, poluem o ar, causam danosao meio ambiente e se constituem num risco decontaminao por radiao.

Na reao apresentada a seguir a energia liberada na forma de ondas eletromagnticas semelhantes ao raio X emais penetrantes que eles, os raios gama.

Os ncleos dos reatores contm gua, combustvel (pastilhasde urnio), grafite e barras de boro. Neles ocorre uma reaonuclear isto , o tomo de urnio quebrado quando umnutron se choca com o seu ncleo dando origem aosncleos de brio e criptnio e mais trs neutrons. esta a funo do reator: bombardear ncleos de urnio com

nutrons para provocar a quebra do urnio, o que expresso na Fsica como fisso nclear.

NO NCLEO DOS REATORES AS PASTILHAS DE URNIO SOCOLOCADAS EM HASTES METLICAS TAMBM CHAMADASDE PILHAS NUCLEARES.

Os 3 nutrons que resultam da reao podem atingir outrosncleos liberando mais nutrons provocando, assim, uma reao em cadeia. Se essa reao no fosse controlada liberaria instantneamente uma grande energia ocorrendouma exploso, que o que ocorre numa bomba atmica.

A grafite e as barras de boro tem a funo de controlar essa reao. A grafite funciona como um moderador quedesacelera os nutrons, as barras de boro absorvem osnutrons controlando a reao. As barras de boro socolocadas ou retiradas do ncleo do reator produzindo ocalor na quantidade que se deseja, com segurana. As

outras partes da usina termonuclear: turbina, condensadore vlvula funcionam tal como uma termoeltrica, guardando claro algumas particularidades.


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20Cavalos de Ao.

Automveis, nibus ecaminhes so movidospor mquinas trmicas. Nelas a produo de

movimento ocorre a partirda queima docombustvel.

T anto em carroas puxadas por animais, como em automveis movidos por motores, temos produo de movimentos. Transformamos em energia

mecnica a energia muscular do animal ou a energia qumica do combustvel. Ao discutir o funcionamento de motores a combusto, verdadeiros cavalosde ao, vamos evidenciar os princpios fsicos da Termodinmica.


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20 Cavalos de Ao.VOC J SABE QUE OS AUTOMVEIS,NIBUS OU CAMINHES

SO MOVIDOS POR MOTORES A COMBUSTO INTERNA;MAS,J VIU UM DELES INTERNAMENTE?

Entrevistando ummecnico...

01) Quais as partesessenciais de um motor?

02) Como funciona ummotor de quatro tempos?E de dois tempos?

03) Quais as diferenas

entre um motor a lcool e a gasolina? E a diesel?

04) O que cilindrada domotor?

Uma maneira de conhecer um motor por dentro visitaruma oficina mecnica e fazer uma entrevista com omecnico.

Voc pode dar uma de jornalista e fazer algumasperguntas ao tcnico, taiscomo:

Certamente ele vai lhe mostrar partes dos motores,acessrios, e falar sobre a funo de cada um. Depois dessa discusso com o tcnico, fica mais fcil "descobrir" osprincpios fsicos em que se baseia esta mquina trmica.

O motor a combusto.Os motores so formados por um bloco de ferro ou alumniofundidos que contm cmaras de combusto onde estoos cilindros, nos quais se movem pistes. Cada pisto est articulado ao virabrequim atravs de uma biela. A biela a pea que transforma o movimento de vai e vem dos pistesem rotao do virabrequim. O virabrequim ao girar faz com que o movimento chegue at as rodas atravs dosistema de transmisso do carro.

1- vlvula de admisso.2- vlvula de escape.3- pisto.

4- cilindro.5- biela.

Num motor a 4 tempos quando o pisto desce no cilindrodevido ao giro do virabrequim, a vlvula de admisso seabre, e uma mistura de ar e combustvel injetada nocilindro. Com o movimento de subida do pisto ocombustvel comprimido. Quando a compresso mxima a vela de ignio solta uma fasca que explode ocombustvel jogando o pisto para baixo. A vlvula deescape ento aberta permitindo que os gases queimadosescapem para o meio ambiente.

No motor de 2 tempos a aspirao e compresso docombustvel ocorrem enquanto o pisto sobe e a explosoe a exausto acontecem durante a descida do pisto.Num ciclo completo do pisto realizado trabalho s

quando ocorre a exploso do combustvel. Esse trabalho medido em Joule que a unidade de energia no sistema internacional de medida.

As variaes de presso e volume sofridas pela mistura combustvel em cada etapa so representadas a seguir:

Os motores diferem pela quantidade de cilindros e quantoao ciclo de funcionamento, 2 tempos ou 4 tempos ondecada pisto trabalha num ciclo se constituindo numa mquina trmica.

COMO PRODUZIDO O MOVIMENTO?Nos motores a lcool ou gasolina a produo de movimentocomea pela queima de combustvel nas cmaras decombusto. Essas cmaras contm um cilindro, duas vlvulas

(uma de admisso e outra de escape) e uma vela deignio.O pisto que se move no interior do cilindro acoplado a biela que se articula com o virabrequim comomostra a figura.


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Etapas de um motor a quatro tempos.01) Admisso da mistura: 1 tempo.Abertura da vlvula de admisso: enquanto o volume do gs aumenta, a

presso fica praticamente constante - transformao isobrica )( BA ;

02) Compresso da mistura: 2 tempo.Enquanto o volume diminui, a presso e a temperatura aumentam.Como o processo muito rpido, no h trocas de calor com oambiente - transformao adiabtica )( CB .

03) Exploso da mistura: 3 tempo.O volume do gs fica praticamente constante, e ocorre um grande aumento

da temperatura e da presso - transformao isomtrica )( DC ;enquanto o volume aumenta, a presso e a temperatura diminuem -transformao adiabtica )( ED .

04) Escape dos gases: 4 tempo.Abertura da vlvula de escape: o volume permanece o mesmo e a presso diminui - transformao isomtrica )( BE ; enquanto o

volume diminui a presso fica praticamente constante - transformaoisobrica )( AB .

O primeiro princpio da Termodinmica.

Q = energia do combustvel.U = variao da energia interna do sistema.T = trabalho realizado pelo

combustvel.

Mquinas Trmicas.

Num ciclo completo do motor, a energia qumica do combustvel s transformada em trabalho no 3 tempo. Nas outrasetapas (1, 2 e 4 tempos) o pisto empurrado devido ao giro do virabrequim. Parte do calor eliminado como energia interna (U) dos gases resultantes da combusto que saem pelo escapamento a temperaturas muito altas. Outra parteaquece as peas do motor que so refrigeradas, continuamente, trocando calor com o meio ambiente. Podemos afirmar quea energia ou quantidade de calor Q fornecida ao sistema pelo combustvel aumenta sua energia interna realizando trabalho.

Este princpio de conservao da energia pode ser expresso por: Q U T = + , onde:

Esta expresso conhecida na Fsica Trmica como1 lei da Termodinmica.


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Cavalos de Ao. Transformando o trabalho emcalor e Joules em calorias???

As mquinas trmicas transformam calor em trabalho,sendo que o sistema sempre sofre um aquecimento.

Voce j viu um motor funcionar sem que ele seaquea? Mas, ser que possvel se transformarum trabalho totalmente em calor?

O atrito das ps com a gua faz com que o peso desa com velocidade lenta quase constante.

Assim, se presumiu que toda a energia potencial do pesomgh transformado em calor. Sendo o recipiente isoladotermicamente, considerou-se que todo o calor ir aquecergua. Um termmetro adaptado ao recipiente permiteque se conhea a temperatura inicial e o final da gua.Pode-se ento calcular a quantidade de calor que a gua recebeu.

Q = m.c. t Onde: m = massa da gua.c = 1t =t -tf i

O trabalho realizado pelo peso em sua queda :T = E T = mghp

Admitindo-se que o trabalho realizado pelo peso era equivalente a quantidade de calor Q , Joule concluiu,depois dos calculos de sua experincia que:

1cal = 4,18J

Questes motoras.

O impulso necessrio para o incio do ciclo efetuado pelomotor de arranque, um pequeno motor eltrico alimentadopela bateria do carro, que d incio ao giro do virabrequim.Nos primeiros veculos este "impulso" era efetuadomecanicamente, atravs de uma manivela encaixada noeixo do virabrequim; processo semelhante usado ainda hoje na maioria das motocicletas, nas quais se aciona umpedal para dar a partira do motor.

02) Quando queremos aumentar a velocidade do carro,acionamos o acelerador. Como o pedal do aceleradorinterfere no ciclo do motor?

Resoluo:

O acelerador do carro est articulado com o carburador,dispositivo que controla a quantidade de combustvel que admitida na cmara de combusto.

O carburador tem a funo de misturar o ar com o vapordo combustvel na proporo de 12 a 15 partes de ar para 1 de combustvel (por unidade de massa) e controlar a quantidade desta mistura, atravs de uma vlvula que seabre quando o pedal do acelerador pressionado ou solto,liberando maior ou menor quantidade da mistura combustvel.

01) Os motores a combusto de 4 tempos s realizamtrabalho no 3 tempo e o de 2 tempos no 2 tempo. Comoo motor obtm o impulso para comear a funcionar?

Resoluo:

Quais as semelhanase diferenas entre ociclo de funcionamentode um motor a combusto e o de uma

turbina a vapor?

Essa uma pergunta que os fsicos tiveram que responderdesde que o calor foi interpretado como uma forma deenergia, no sculo passado.

Tornou-se necessrio estabelecer a relao entre uma certa quantidade de calor, medida em calorias, e a unidade usada para medir outras formas de energia, o Joule.Na verdade a unidade de medida de energia chamada de Joule devido aos trabalhos realizados pelo fsico ingls

James Joule, que realizou experincias procurando a relaoentre a quantidade de calor e o trabalho.

Neste aparato, o pesoao cair fazia girar umconjunto de ps queagitavam a gua contida no recipiente.


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21O gelo ao alcancede todos.O uso do refrigeradordomstico faz parte do

nosso dia a dia.Em que princpio fsico

se baseia o seufuncionamento?

O armazenamento e transporte de alimentos perecveis se constituiu num problemaat bem pouco tempo.

Era uma meta evitar que os alimentos se deteriorassem rapidamente devido aao do calor, principalmente nas regies tropicais e durante o vero.

O refrigerador, hoje ao alcance de todos, revolucionou os nossos hbitos de

compras e de alimentao. Discutindo o funcionamento dessa mquina de "fazer gelo" vamos apresentar o2 princpio da termodinmica.


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21 O gelo ao alcance de todos.OQUE UM APARELHO QUE RESFRIA ALIMENTO E FABRICA

GELO TEM DE SEMELHANTE COM UM MOTOR DE CARRO?Se voc observar a parte de tras da geladeira vai perceberalgumas semelhanas.Uma conversa com um tcnico em refrigerao podeauxili-lo a entender como funciona uma geladeira.

Depois desta discusso com o tcnico voc pode perceberque a geladeira uma mquina trmica que utiliza a

vaporizao de uma substncia (o freon) para retirar calordo seu interior.

Voc estranhou o fato da geladeira fazer parte deum captulo onde se

estuda mquinas trmicas?

Entrevistando um tcnico de geladeira...

Veja algumas perguntasque voc pode fazer aop r o f i s s i o n a lentrevistado:

01) No que se baseia o funcionamento de uma geladeira?02) Que gs usado nasgeladeiras?

03) O que acontece emcada parte da geladeira?

04) Como funciona o freezer?

05) Como a geladeira liga e desliga sozinha?

O refrigerador domstico.A geladeira funciona em ciclos utilizando um fludo (freon12) em um circuito fechado. Tem como partes essenciais ocompressor, o condensador, uma vlvula descompressora e o evaporador (congelador).

O motor compressor comprime o freon, aumentando a presso e temperatura fazendo-o circular atravs de uma tubulao. Ao passar por uma serpentina permeada porlminas, o condensador, o freon perde calor para o exteriorse liquefazendo. O condensador fica atrs da geladeira, a parte quente que voc deve ter observado.

Ao sair do condensador, o freon liquefeito ainda a alta presso chega a um estreitamento da tubulao (tubocapilar) onde ocorre uma diminuio da presso. O capilar a vlvula de descompesso.

Quando o freon lquido e a baixa presso chega a serpentina do evaporador, de dimetro bem maior que ocapilar, se vaporiza retirando calor da regio prxima (interior do congelador). O gs freon a baixa presso e

temperatura ento aspirado para o compressor onde seinicia um novo ciclo.

O congelador a parte mais fria e por isto sempre est localizado na parte superior da geladeira tendo condiesde trocar calor com todo o seu interior. O ar quente sobe,se resfria na regio do congelador e depois desce,estabelecendo a conveco do ar. Por isto as prateleirasso vazadas.

Tal como na turbina a vapor e no motor a combusto, a

geladeira trabalha com uma substncia de operao, tempartes que funcionam a altas temperaturas (fonte quente )e a baixas temperaturas (fonte fria).

Enquanto na turbina e motor o calor flui espontaneamenteda fonte quente para a fria (gua de refrigerao eatmosfera), na geladeira fluxo de calor no espontneo.Na geladeira a troca de calor se d do mais frio (interior da geladeira) para o mais quente (meio ambiente). Para queisso ocorra se realiza um trabalho externo sobre o freonpara que ele perca calor no condensador e se evapore no

congelador.Em cada ciclo, a quantidade de calor cedida para o meioambiente atravs do condensador igual quantidade decalor retirada do interior da geladeira, mais o trabalhorealizado pelo compressor.

Q = Q + T condensador congel ador compressor

Primeiro Princpio daTermodinmica.


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Mquinas Trmicas.Etapas do ciclo da geladeira.

O segundo princpio da TermodinmicaDa discusso do funcionamento do motor a combusto e da geladeira podemos perceber que:

- possvel transformar energia mecnica (trabalho) totalmente em calor. Lembre-se da experincia de Joule.

- O calor flui espontaneamente da fonte quente para a fria. Lembre-se que as peas do motor e o ambiente sempre seaquecem.

Mas estes processos no ocorrem em sentido contrrio; eles so irreversveis. Este o2 princpio da Termodinmica que pode ser enunciado como:

" impossvel construir uma mquina que operando em ciclos transforme todo calor em trabalho." ou "Ocalor no flui espontaneamente da fonte fria para a fonte quente."

Na geladeira o trabalho externo do compressor que faz com que o calor seja retirado do interior da geladeira. Esteprincpio da Termodinmica vale tambm para os processos naturais como a germinao de uma semente, oenvelhecimento do organismo e o aquecimento do meio ambiente; eles so irreversveis.

02) Radiador: inicialmente ocorre uma diminuio de temperatura presso constante , seguida de uma diminuio isobrica eisotrmica do volume, condensao . O calor trocado

corresponde ao calor de esfriamento e ao calor de condensao.

04) Congelador: o freon troca calor com o interior da geladeira a presso e temperatura constantes, expandindo-se medida que se

vaporiza (calor latente de vaporizao) .

01) Compressor: devido rapidez com que ocorre a compresso, esta podeser considerada adiabtica. A temperatura e a presso se elevam. Como noh trocas de calor (Q=0), o trabalho realizado pelo compressor equivalente

variao de energia interna da substncia .

03) Vlvula Descompressora: esta descompresso pode ser considerada adiabtica devido rapidez com que ocorre. A presso diminui e o volumeaumenta .

(1 2)

(2 3)

(3 4)

(4 5) (5 1)

O ciclo completo.


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O gelo ao alcance de todos.

O ar retido no interior da geladeira contm vapord'gua. A gua em contato com o congelador sesolidifica formando uma camada de gelo a sua

volta. tambm devido ao congelamento da gua contida na nossa pele que ficamos com os dedos"grudados" numa forma de gelo metlico. A gua do ar e da nossa pele se misturam e congelam.

03) O que faz com que a geladeira ligue edesligue sozinha?

Resoluo:

O funcionamento da geladeira reguladoautomaticamente, conservando a temperatura desejada no evaporador atravs de umtermostato. Esse controlador de temperatura contm gs ou lquido que, ao atingir a temperatura definida pela posio do boto degraduao a ele acoplado, abre ou fecha oscontatos eltricos, fazendo o motor parar oucomear a funcionar. Nas geladeiras modernas, o

Questes Tcnicas.01)A geladeira no um aparelho eltrico comose pode pensar a primeira vista. O compressor,que comprime o freon aumentando sua pressoe temperatura fazendo-o circular pela tubulao, um aparelho que transforma energia eltrica em mecnica. Este trabalho de compressoentretanto, pode ser feito sem utilizar eletricidade,aquecendo-se a substncia de operao (amnia em lugar do freon).

Pesquise sobre as geladeiras antigas e as quefuncionam hoje em lugares onde no h energia eltrica.

02) Por que h formao de gelo a volta doevaporador?Resoluo:

termostato, ao se desligar, aciona circuitoseltricos que provocam o degelo automtico docongelador por aquecimento (efeito Joule). Uma bandeja colocada acima do motor recolhe a gua que flui atravs de uma tubulao de plstico,que posteriormente evaporada.

04) Quais as caractersticas do gs utilizado nasgeladeiras? No caso de vazamento, ele prejudicial ao meio ambiente?

Resoluo:

O freon 12 (cloro, fluor e carbono) a substncia de operao escolhida para refrigerao devido

as suas propriedades:- elevado calor latente de condensao -> o quefaz com que ceda bastante calor no condensadorque jogado para o ambiente.

- baixa temperatura de ebulio -> -29,80C presso atmosfrica.

- miscvel em leos minerais-> o que permite a lubrificao interna do compressor.

- atxico, no combustvel, no explosivo, nocorrosivo-> o que o torna infensivo no caso de

vazamento.

O freon assim como os sprays (desodorantes) temsido responsabilizado pela destruio da camada de oznio da atmosfera quando lanado no ar. Acamada de oznio absorve os raios ultra violetas.

No caso do desaparecimento do oznio ficaramosexpostos a radiao de maior energia correndo orisco de contrair cncer de pele.

Essas questes ambientais levaram os industriaisa substituir o Freon 12 (CFC 12) por produtosmenos prejudiciais. Recentemente o Brasil optou

pelo uso do HFC 134-A que, no caso de vazamento, pode poluir o ambiente mas nodestri a camada de oznio e no inflamvel.

05) Quanto ao funcionamento, qual a diferena entre uma geladeira e um freezer?

Resoluo:

A geladeira e o freezer so equivalentes quantoao funcionamento. O freezer possui umevaporador grande o suficiente para manter a temperatura interna da ordem de -20 0C. Por issoo motor (motor compressor) mais potente,comprimindo maior quantidade de freon 12 do

que a geladeira comum. Consequentemente, ocondensador do freezer troca maior quantidadede calor com o ambiente.

06)Existe semelhana entre o funcionamento deuma geladeira e o de um condicionador de ar?

Resoluo:

Os refrigeradores e os condicionadores de ar tmem comum o fato de trabalharem em ciclos, num

"circuito fechado", sem gastar a substncia refrigerante ao longo do tempo. Oscondicionadores de ar tambm so constitudospor um compressor, um evaporador e umcondensador, mas utilizam o freon 22, cuja temperatura de ebulio, -40,80C pressoatmosfrica, permite a sua condensao sobpresses menores sem haver necessidade decompresses to potentes.

Nestes, o ar que provm do ambiente (contendo

p e umidade), aps passar por um filtro queretm suas impurezas, entra em contato com a serpentina do evaporador, sendo resfriado edevolvido ao ambiente impulsionado por um

ventilador.


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22Potncia e Perdas Trmicas.

Esse carro 1.0 ?

1.8 ? 2.0 ?Consome muita

gasolina?

Rendimento de diferentes tipos de mo


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22 Esse carro 1.0? 1.8? 2.0? Consome muita gasolina?Se numa transformao gasosa considerarmos constante a presso Pentre os estados 1 e 2 termos o gs variando oseu volume de V 1 para V 2 ( ) e exercendo uma fora Fno pisto de rea A .

T = P. V =FA

. A.d P. V = F.d

Quando se diz que um carro 1.6 ou 1.8 estamos nosreferindo a sua potncia, fornecendo o volume do interior

do cilindro disponvel para ser ocupado pela mistura combustvel na admisso.

A necessidade de melhorar o rendimento das mquinastrmicas reais exigiu um estudo que resultou na elaboraode um ciclo ideal, que no leva em considerao asdificuldades tcnicas. Qualquer mquina que operassecom esse ciclo, denominado Ciclo de Carnot, teria rendimento mximo, independentemente da substncia utilizada.

Essa mquina idealizada operaria num ciclo completamentereversvel, o que impossvel de se conseguir na prtica,o Ciclo de Carnot.

Se toda energia fosse transformada em trabalho orendimento seria 1 ou 100%. Isso nunca acontece.

Em outras palavras, aumentar o rendimento de um motorcorresponde a aumentar as variaes de presso e de

volume, o que corresponde no diagrama PxV a um aumentoda rea interna delimitada pelo ciclo. Essa rea representa o trabalho realizado pela mquina em cada ciclo.

Essa variao da energia interna (75 unidades deU ) est distribuda como:- 35 unidades -> energia dos gases de escape.- 32 unidades -> emaquecimento do ambientepelo sistema de

refrigerao.- 8 unidades -> emaquecimento pelo atritodas peas.

EM QUALQUER MQUINATRMICA:LOCOMOTIVA,MOTOR A COMBUSTO,TERMOELTRICA,MOTOR AJATO,AS PERDAS TRMICASSO MUITO GRANDES.

Se uma mquina trmica operassenum ciclo comoesse ( de Carnot)

teria umrendimentomximo.

Potncia e Perdas Trmicas.Se voc analisar o quadro da pgina anterior perceber que cerca de 75% da energia fornecida um motor a combusto perdida. Lembre-se do 1 Princpio da

Termodinmica: Q T U = +

Para 100 unidades de quantidade de calor (Q) realizamos25 unidades de trabalho (T) e perdemos 75 unidades em

variao da energia do sistema (U ).

Como gastamos muita energia numa mquina trmica, e a gasolina no barata, nos preocupamos em saber qual a potncia da mquina e o seu rendimento. Definimos

rendimento como a razo entre o trabalho produzido e a energia fornecida:

=T

Q

Assim, uma mquina potente a que realiza "mais trabalho"

numa unidade de tempo, PT

t = . isto , tem um

rendimento maior. Para aumentar o rendimento de ummotor a combusto, os construtores aumentam a razo entreo volume mximo e mnimo dentro do cilindro, ocupadopela mistura combustvel. Se a mistura bastantecomprimida antes de explodir, a presso obtida nomomento da exploso maior. Alm disso, o deslocamentodo pisto tanto maior quanto maior a razo entre o volumemximo e mnimo.

V


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Esse estudo permitiu compreender a condiofundamental para o funcionamento das mquinastrmicas, ou seja, o papel da fonte fria, uma vez que nenhuma mquina trmica poderia funcionarse a substncia de operao estivesse mesma

temperatura que o meio que a rodeia.No motor, os gases resultantes da explosoconstituem a fonte quente e o condensador a fontefria. No caso dos refrigeradores, o radiador a fonte quente e o congelador a fonte fria.

Alm disso, para que tais mquinas tenhamalguma utilidade, o trabalho externo necessriopara que a substncia de operao seja comprimida dever ser menor que o trabalho produzido na

expanso dessa substncia.O trabalho tambm pode ser calculado pela diferena entre a quantidade de calor oferecida ao sistema e a quantidade de calor noaproveitado.

Para determinarmos o rendimento de um motor necessrio conhecer o trabalho realizado porele e a energia fornecida pelo combustvel. Otrabalho pode ser determinado atravs das

variaes do volume e da presso mdia nointerior permanece relativamente fixo devido aoalto nmero de ciclos por segundo durante ofuncionamento do motor.

Calculando orendimento.

01) Uma mquina trmica recebe 2,4 x 102 cal e

realiza um trabalho til de 2,0 x 102

J.a) Determine o rendimento da mquina.

b) Considerando que o trabalho da mquina obtido isobaricamente a uma presso de 2,0 atm,

num pisto que contm um gs, determine a variao de volume sofrida por ele dentro dopisto.

Resoluo:

a) O rendimento de uma mquina trmica podeser

calculado pela expresso: =T Q

como: Q cal J J = =2 4 10 1010 102 2 3, . .

= = = =2 0 10

102 010 0 2 20%

2

3

1, .

, . , ou

b) Numa transferncia isobrica, o trabalho podeser calculado pelo produto da presso pela

variao de volume:

T P V = . .Como a presso de 1atm. corresponde a 1,0 x105N/m2, e 1J a 1N.m, ento:

V T p

N m N m

m= = = 2 0 102 0 10

102

5 2

3 3, . ., . /

.

02) Determine o trabalho, a potncia e orendimento de um motor 1.6 que opera compresso mdia de 8 atm a 3500 rpm e queconsome, nestas condies, 6,0g/s de gasolina.

Resoluo:

O trabalho por ciclo do motor pode ser calculadopela relao:

T = P. V, onde P = 8atm= 8.10 N / m5 2

V = 1,6l =1600cm m3 3= 1610 3, .

Ento: T = 8.10 = 1280J5 . , .1610 3

A potncia do motor pode ser obtida pela relao:

P = T t

onde t a durao de um ciclo. Como a frequncia:

f = 3500ciclos60segundos

= 350ciclos6segundos

,

a durao t de um ciclo 6

350s.

Portanto: P = T t

P = 1280.3506

= 74667W.

Para determinarmos a quantidade de calorfornecida pelo combustvel, devemos considerarque cada grama de gasolina libera, na queima,11 100cal. A quantidade de calor liberada emum segundo de:

6.11 100 = 66 600cal =279 720JComo o rendimento a relao entre o trabalhoproduzido e o calor injetado:

= T Q = 74 667279 720

= 0,27 ou = 27%

Mquinas Trmicas.


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8 8

Exerccios.06) A caldeira de uma mquina a vapor produz

vapor d'gua que atinge as hlices de uma turbina. A quantidade de calor fornecida pela fontequente 1200 kcal/s. O condensador dessa

mquina mantido temperatura de 270

C erecebe, por segundo, cerca de 780 kcal, querepresenta a quantidade de energia "noaproveitada". Determine:

a) o rendimento dessa mquina;

b) a potncia dessa mquina.

Resoluo:

a) A quantidade de calor que transformada emtrabalho na unidade de tempo dada pela relao:

T = Q -Q =1200 -780= 420kcal1 2onde, Q 1 a quantidade de calor fornecida pela caldeira e Q 2 a quantidade de calor "noaproveitada". Assim, o rendimento dessa mquina ser:

= T Q

= 4201200

= 0,35 ou = 35%1

b) A potncia da mquina dada pela relao:

P = T

t=420

1=420kcal/s

onde t o intervalo de tempo em que a caldeira fornece as 1200 kcal.

P = 420 4,18Kj/ s =1755,6Kw

03)Como deve ser o desempenho de um motorque solta fasca "fora de tempo"?

04)Por que as geladeiras funcionam mal em locaiscuja temperatura superior a 400C? Como esseproblema pode ser contornado?

05)Em geral, o rendimento dos motores eltricos maior do que o dos motores a gosolina. possvel construir um motor trmico (a gasolina)com maior rendimento que um eltrico?

Esses so de vestibular.01) (UNICAMP-93) Um aluno simplesmentesentado numa sala de aula dissipa uma quantidade de energia equivalente de uma lmpada de 100W. O valor energtico da gordura

de 9,0kcal/g. Para simplificar, adote 1cal=4,0J.a) Qual o mnimo de quilocalorias que o alunodeve ingerir por dia para repor a energia dissipada?

b) Quantos gramas de gordura um aluno queima durante uma hora de aula?

02) (PUC-93) A queima ou combusto umprocesso em que h liberao de energia pela

reao qumica de uma substncia com ooxignio.

a) Em uma residncia, a dona de casa precisava aquecer 1 litro de gua que estava a 360C. Porm,o gs de cozinha acabou. Pensando no problema,teve a idia de queimar um pouco de lcooletlico em uma espiriteira. Sabendo-se que o calorde combusto do lcool etlico de 6400 kcal.kge que no aquecimento perdeu-se 50% do calorpara a atmosfera, determine o volume de lcool

que deve ser queimado, para aquecer a gua at 1000C.

Dados: densidade do lcool: d= 0,8 kg/l

calor especfico da gua: c= 1 cal/g0C

densidade da gua: d= 1 kg/l

b) Determine o rendimento de um motor queconsome 6,0 g de gasolina por segundo e realiza nesse tempo, um trabalho til de 53280 J.

Dados: Considere 1cal 4J

calor de combusto da gasolina = 11100 kcal/kgou 11100 cal/g.

03)(FATEC-97) Um gs ideal sofre transformaessegundo o ciclo dado no esquema pxV abaixo.

O trabalho total no cicloABCA

a) igual a -0,4 J, sendo realiza sobre o gs.

b) igual a -0,8 J, significando que o gs est perdendo energia.

c) realizado pelo gs, valendo +0,4 J.

d) realizado sobre o gs, sendo nulo.

e) nulo, sendo realizado pelo gs.

04) (UFRJ-93) Um sistema termodinmico realiza o ciclo , conforme mostradono diagrama presso x volume da figura.

a) Calcule o trabalho realizado pelo sistema nociclo

b) Calcule o saldo final de calor recebido pelosistema no ciclo

a b c d a

a b c d a

a b c d a


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23Calor Presena

Universal Tudo tem a ver com

calor. Qual aconcluso?

impossvel construir uma mquina queoperando em ciclos transforme todocalor em trabalho.

Na natureza e nas tcnicasocorrem aquecimentos e transformaes trmicas.

Calor uma das formas de transferncia de energiaentre sistemas a diferentes temperaturas.

Q U T = +

O Sol fornece o calornecessrio para queocorram os ciclosnaturais

A luz do Sol tragada pelasplantas na fotossntese

O grau de aquecimento deum objeto caracterizadonumericamente por sua temperatura.


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23 Calor Presena Universal: a rota completa.Nesta leitura final vamos ver alguns dos processos trmicos

j discutidos dando nfase nas transformaes de energia.

Na natureza, o Sol fornece o calor necessrio para que o ar,a gua e o carbono tenham um ciclo. Tambm devido

luz do Sol que as plantas realizam fotossntese, absorvendogs carbnico e produzindo material orgnico e oxignio.Num processo inverso o homem inspira o oxignio,liberando CO2 , gua e calor necessrios a planta.

Sol: a fonte da vida...

NESSAS GRANDES TRANSFORMAES:A FOTOSSNTESE,A RESPIRAO E A DECOMPOSIO,SE PROMOVE UMACIRCULAO DA ENERGIA PROVENIENTE DOSOL.

Tambm transformamos energia em nossas residncias, nasindstrias e no lazer, sempre buscando o nosso conforto.

Na cozinha, por exemplo, a queima do gs butanotransforma energia qumica em trmica utilizada para cozinhar alimentos, que sero os combustveis do nossocorpo. O compressor de uma geladeira faz o trabalho decomprimir o gs refrigerante que se condensa e vaporiza,retirando nessas transformaes calor do interior da geladeira, liberando-o para o exterior.

Transformamos a energia qumica do combustvel emenergia cintica nos transportes. Tambm do combustvel

que provm a energia que aquece a gua e o vapor nastermoeltricas para a produo de energia eltrica.

EM TODAS ESSAS SITUAES A ENERGIA ASSUMEDIFERENTES FORMAS. NO TOTAL A ENERGIA SECONSERVA.

No estudo das mquinas trmicas: da turbina a vapor, domotor a combusto e da geladeira, vimos que possvelcalcular o trabalho produzido a partir de uma quantidadede calor fornecida:

Q U T = +Esse primeiro princpio nos diz que a energia num sistema se conserva.

MAS,SE A ENERGIA NUNCA SE PERDE,PORQUE TEMOS QUENOS PREOCUPAR COM O SEU CONSUMO?

No podemos nos esquecer que parte da energia utilizada para realizar um trabalho transformada em calor.Noconseguimos, por exemplo, mover um carro sem que seumotor esquente. Essa parcela de energia transformada emcalor no pode ser reutilizada para gerar mais trabalho.

Temos que injetar mais combustvel para que um novociclo se inicie.

Numa hidreltrica, a energia potencial da queda d'gua s estar novamente disponvel porque o ciclo da gua,que conta com o Sol como "fonte inesgotvel de energia",se repete.

Como diz umditado popular:"guas passadasno movemmoinhos".


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necessrio que a gua do rio se vaporize, que o vapord'gua se condense e que a chuva caia nas cabeceiras dosrios para que o volume da queda d'gua esteja novamentedisponvel.

Todas essas situaes esto sintetisadas no segundoprincpio da termodinmica:

" IMPOSSVEL CONSTRUIR UMA MQUINA QUE OPERANDOEM CICLOS TRANSFORME TODA ENERGIA EM TRABALHO",OU SEJA,AO SE REALIZAR TRABALHO COM UMA MQUINAQUE OPERE EM CICLOS,PARTE DA ENERGIA EMPREGADA DISSIPADA NA FORMA DE CALOR.

Assim, embora no ocorra uma perda de energia, ocorreuma perda da oportunidade de utiliz-la. por isso tambmque temos que nos preocupar com o consumo de energia;as reservas so limitadas.

Ao transformar energia de uma forma em outra, utilizandomquinas, sempre contribumos para aumentar a energia desordenada (calor) do meio ambiente.

Os fsicos chamam deentropia a medida quantitativa dessa desordem:

Entropia x vida

Nos processos onde no ocorrem dissipaes de energia a entropia no se altera, enquanto que nos processos ondeocorrem trocas de calor com o meio ambiente, a Entropia aumenta, pois aumenta a energia desordenada.Podemos afirmar que no Universo a maior parte dosprocessos trmicos liberam calor para o meio ambiente, oque significa que o Universo se desenvolveespontaneamente de estados de menor desordem a estados de maior desordem, ou seja a Entropia do Universoaumenta com o passar do tempo.

Em contraste, numa regio desrtica, onde quase no existe vida, prevalece a energia desorganizada. Nela a entropia bastante elevada.

A circulao e transformao de energia solar pelas plantas,atravs da fotossntese e consequentemente pelos animaisque se alimentam das plantas, matm a vida na Terra.

Do ponto de vista da Fsica Trmica podemos dizer que:

" A vida um sistema autoorganizado que atrasa ocrescimento da entropia."

Em seu livro Caos, James Cleick afirma que:

"A segunda Lei uma espcie de m notcia tcnica dada pela cincia, e que se firmou muito bem na cultura no- cientfica. Tudo tende para a desordem. Qualquer processo

que converte energia de uma forma para outra tem de perder um pouco dessa energia como calor. A eficincia perfeita impossvel. O universo uma rua de mo nica.A entropia tem de aumentar sempre no universo e em qualquer sistema hipottico isolado dentro dele. Como quer se expresse, a Segunda Lei uma regra que parece no ter exceo."

Esse crescimento da entropia, entretanto, pode ocorrer commaior ou menor intensidade.

Numa floresta, por exemplo, a presena de energia organizada muito grande, pois nela existem milhes deseres vivos, vegetais e animais. Nela a vida abundante ea entropia muito pequena.

Mquinas Trmicas

NUMA FLORESTA A ENTROPIA PEQUENA.

NUM DESERTO A ENTROPIA GRANDE.


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AVIDA

DURA

. AVIDA

BELA

.AVIDA UM DOM DEDEUS.AVIDA SAGRADA. VIVER PERIGOSO.

AVIDA UMA AVENTURA.Os bilogos caracterizam a vida como uma manifestaode energia em todas as suas formas: movimento, calor e

vibraes. Os seres vivos so capazes de se manter no seu

meio ambiente e de reproduzir-se.Os bioqumicos afirmam que as molculas orgnicas queconstituem os seres vivos, formadas por tomos de carbonoligados a tomos de hidrognio, oxignio, nitrognio eoutros elementos em menor quantidade, so as maiscomplexas que existem e por isso tm maior capacidadede conter energia.

Ao finalizar essas leituras de Fsica Trmica vamos apresentarum trecho do livro"Gaia"de J. E. Lovelock em que ele se

refere a vida.A traduo deste livro foi feita por Maria Georgina Segurado, em Portugal, e distribudo aos pases de lingua portuguesa. Porisso, voc vai estranhar a ortografia dealgumas palavras e a construo de certas frases.

Gaia Um novo olhar sobre a vida na Terra.

J. E. Lovelock (pg. 20)

" No decurso do presente sculo, alguns fsicos tentaram definir a vida. Bernal, Schroedinger e Winger, todos eles chegaram mesma concluso geral de que a vida um membro da classe de fenmenos que so sistema abertos e contnuos capazes de diminuir a sua entropia interna custa de substncias ou de energia natural retirada do meio envolvente e posteriormente rejeitadas numa forma decomposta. Esta definio no s dificil de depreender mas demasiado geral para ser aplicada deteco especfica de vida. Uma

parfrase rudimentar poderia ser o facto de a vida constituir um daqueles processos que surjem onde quer que haja um fluxo abundante de energia. Caracteriza-se por uma tendncia para se moldar ou formar enquanto est a ser consumida, mas para o fazer,deve sempre libertar para o meio envolvente produtos de qualidade inferior.

Vemos agora que esta definio poderia ser igualmente aplicada a redemoinhos no curso de um rio, a furaces, a chamas ou mesmo frigorficos e muitas outras invenes do homem. Uma chama assume uma forma caracterstica ao arder e estamos agora

perfeitamente conscientes de que o calor agradvel e o bailado das chamas de uma fogueira se pagam com a libertao de calor de escape e gases poluentes. A entropia reduzida localmente pela formao de chamas, mas a capacidade total de energia aumenta durante o consumo de combustvel.

No entanto, apesar do seu carcter demasiado vasto e vago, esta classificao da vida indica-nos, pelo menos, a direco correcta. Sugere, por exemplo, a existncia de uma

fronteira, ou interface, entre a zona de "produo", onde o fluxo de energia ou as matrias primas so utilizadas e a entropia consequentemente reduzida, e o meio envolvente,que recebe os resduos libertados. Sugere tambm que os processos vitais requerem um fluxo de energia superior a um valor por forma a manter-se o seu funcionamento."

" Vida - Um estado vulgar da matria que se encontra superfcie da Terra e em todos os seus oceanos. Compe-se de complicadas combinaes dos elementos hidrognio, carbono,oxignio, azoto, enxofre e fsforo, com muitos outros elementos em quantidades menores.A maior parte das formas de vida pode ser reconhecida de imediato sem experincia anterior e muitas so comestveis. No entanto, o estado de vida tem resistido a todas as tentativas de uma definio fsica formal."

Neste mesmo livro, classificado no ndice em " Definio e explicao de alguns termos",encontramos:


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C1 Medida e controle de

temperatura. Temos que prever as

variaes de temperatura

que ocorrem na naturezae controlar osaquecimentos produzidos

nas tcnicas.

Voc vai encontrar nesta leitura algunsexerccios que

envolvem conceitosdiscutidos nas leiturasde 01 a 05. Dois delesesto resolvidos. Testesua habilidade emresolver os outros.

Alguns so devestibular.


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C101- Na figura est representado o grfico de comprimentoL de duas barras, A e B, em funo da temperatura. Sejam A e B os coeficientes de dilatao linear das barrasA e B respectivamente. Determine:

a) Os valores dos coeficientes A e B ;

b) A temperatura em que a diferena entre oscomprimentos entre as barras seria igual a 0,3cm.

Como o comprimento inicial

o mesmo para as duas barras,podemos escrever:

L = L = L = 2m= 200cmo o oA B

Como: L = L TA o A

L = L TB o B

L - L 0,3cmA B =

Resoluo:

a) Como L = L To , ento: =L

L To

Pelo grfico podemos escrever que:

A =L

L TA

o

=

=2 007 2 0002 000 100

0 007200

, ,,

,

A-6 o -1= 35 10 C

BB

o=

LL T =

2,005- 2,0002,000 100 =

0,005200

B-6 o -1= 25 10 C

b) Para a mesma variao de temperatura (T ), temos:

L - L = L T(A B o A B )

0,3 = 200 T(35 10 - 25 10-6 -6

)

T =0,3

200 10 10=

0,32 10

= 150 C-6 -3o

02- Um pino de ao ( = 31,5 10 C-6 o -1 ) colocado, com pequena folga, em um orifcio existentenuma chapa de cobre ( = 50,4 10 C-6 o -1 ). Analise

as afirmativas seguintes e indique qual delas est errada:a)Aquecendo-se apenas o pino, a folga diminuir.

b)Aquecendo-se apenas a chapa, a folga aumentar.

c)Ambos sendo igualmente aquecidos, a folga aumentar.

d)Ambos sendo igualmente aquecidos, a folga no ir sealterar.

e)Ambos sendo igualmente resfriados, a folga ir diminuir.

Resoluo:

As alternativas verdadeiras so: a, b, c, e .

a)Se aquecermos s o pino, ele se dilatar e o orifcio da chapa no se alterar. Portanto, a folga diminuir.

b)Aquecendo-se a chapa, o orifcio se dilatar como seestivesse preenchido com cobre. Isso acontece porqueas molculas se afastam uma das outras quandoaquecidas. Portanto, a folga aumentar.

Medida e controle de temperatura.

c)Como o coeficiente de dilatao do cobre maior doque o do ao, aquecendo-se o pino e a chapa, a folga aumentar.e)Como o coeficiente de dilatao do cobre maior doque o do ao, resfriando-se o pino e a chapa, a chapa resfriar mais e a folga diminuir.

T2>T1


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03- Constri-se uma lmina bimetlica, rebitando-se uma lmina de cobre ( CU

-6 0 -150,4 10 C= ) a uma de

ferro ( Fe-6 0 -134,2 10 C= ). Na temperatura

ambiente (220C) a lmina encontra-se reta e colocada na vertical, fixa a um suporte. Pode-se afirmar que:

05-O dimetro externo de uma arruela de metal de2,5cm e seu dimetro interno mede 1,0cm. Aquecendo-se a arruela, verifica-se que seu dimetro externo aumenta de x . Ento, podemos concluir que seu dimetro interno:

a) diminui de x .b) diminui de x /2.

c) aumenta de x /2.

d) aumenta de x .

e) no varia.

06- O grfico ilustra a dilatao de 3 barras metlicas A, B

e C, de materiais diferentes, que se encontram inicialmentea 00C, sendo, nesta temperatura, seus comprimentos iguais.Seus coeficientes mdios de dilatao linear so

respectivamente, A , B e C . Podemos afirmar que:

I- a 80oC, a lmina se curvar para a esquerda.

II- a 80oC, a lmina se curvar para a direita.III- a lmina de maior coeficiente de dilatao sempre fica na parte externa da curvatura qualquer que seja a temperatura.

IV- quanto maior for o comprimento das lminas a 22oC maior ser a curvatura delas, seja para temperaturas maioresou menores do que 22 oC.

Analisando cada afirmao, identifique a alternativa correta.

a) Somente a I verdadeira.

b) Somente a II verdadeira.

c) As afirmaes II e IV so verdadeiras.

d) As afirmaes I, III e IV so verdadeiras.

e) So verdadeiras as afirmaes I e IV.

04-Para tampar um buraco de rua utilizou-se uma chapa

de ao quadrada de 2m de lado numa noite em que a temperatura estava a 10oC. Que rea ter a chapa quandoexposta ao Sol a uma temperatura de 40oC? O coeficientede dilatao volumtrico do ao de 31,5 x 10 -6 oC -1.

I- CA = III-

II-C

A

A

C

L

L=

IV-

Analisando cada afirmao, identifique a alternativa correta.

a) I e III so verdadeiras.

b) I e II so verdadeiras.

c) III e IV so verdadeiras.d) somente a III verdadeira.

e) somente a II verdadeira.


L LB A

C


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Estes so de vestibular.C1.1- (FUVEST 97) Dois termmetros de vidro idnticos,um contendo mercrio (M) e outro gua (A), foramcalibrados entre 00C e 370C, obtendo-se as curvas M e A,da altura da coluna do lquido em funo da temperatura.A dilatao do vidro pode ser desprezada. Considere asseguintes afirmaes:

I- o coeficiente de dilatao do mercrio aproximadamente constante entre 00C e 370C.

II- Se as alturas das duas colunas torem iguais a 10mm, o valor da temperatura indicada pelo termmetro de gua vale o dobro da indicada pelo de mercrio.

III- No entorno de 180C o coeficiente de dilatao domercrio e o da gua so praticamente iguais.

C1.2- (PUC 93) A fim de estudar a dilatao dos lquidos,um estudante encheu completamente um recepiente comgua (vide figura a seguir). Adaptou na boca do recipienteuma rolha e um tubinho de dimetro igual a 2mm. Quandoo sistema foi aquecido, a gua dilatou-se. Considerandoque o recipiente e o tubinho no sofreram dilatao e queno houve perda de calor do sistema para o meio,determine a variao de temperatura que a gua sofreu,at encher o tubinho por completo.

Dados:

coef. de dil. volumtrico da gua: = 210 x 10-6 0C -1

volume da gua a temperatura inicial:v0= 5 x 105 mm3

Considere: = 3,15

C1.3- (UFRJ 93) Em uma escala termomtrica, quechamaremos de Escala Mdica, o grau chamado degrau mdico e representado por 0M. A escala mdica definida por dois procedimentos bsicos: no primeiro,faz-se corresponder 00M a 360C e 1000M a 440C; nosegundo, obtm-se uma unidade 0M pela diviso dointervalo de 00M a 1000M em 100 partes iguais.

a) Calcule a variao em graus mdicos que correponde variao de 10C.

b) Calcule, em graus mdicos, a temperatura de umpaciente que apresenta uma febre de 40 0C.

Podemos afirmar que s esto corretas as afirmaes:

a) I, II e III

b) I e II

c) I e IIId) II e III

e) I


Pesquise entreos entendidosem bebida...Por que umagarrafa de

c e r v e j adeixada muito tempo nocongelador dag e l a d e i r ae s t o u r aenquanto queuma de vodka no?

A M


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C2Fontes e trocas decalor.

A energia do Solchegando a Terra e

sendo trocada entre oselementos. Osaquecimentos

produzidos pelo Homem.

Os conceitos fsicos envolvidos nas trocas de calor na natureza e

nas tcnicas, discutidos nas leituras de 6 a 13 esto presentesnos exerccios desta leitura. Algumas questes e problemas soum teste para voc.


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C2 Fontes e trocas de calor. Algumas questes.

01- Em dias quentes as pessoas gostam de pisar em chocoberto com cermica pois "sentem" que mais frio que o

carpete.Esta "sensao" significa que a cermica se encontra a uma temperatura inferior a do carpete?

02- Por qu panelas de barro so usadas para prepararalguns alimentos e serv-los quente mesa enquanto asde alumnio s so usadas para levar o alimento ao fogo?

(Consulte a tabela dos coeficientes de condutibilidade)

03- No interior das saunas existem degraus largos para aspessoas se acomodarem.

Em qual degrau fica-se em contato com o vapor maisquente? Por qu?

04- Por que os forros so importantes no conforto trmicode uma residncia?

Com o uso da tabela de coeficientes de condutividadeescolha entre os materiais usuais aquele que melhor seadapta funo do forro.

05- Quando aproximamos de uma chama um cano metlicono qual enrolamos apertado um pedao de papel podemosobservar que o papel no queima.

Entretanto, se repetirmos a experincia com o papelenrolado num cabo de madeira, o papel pega fogo.Explique porque.

06- A serragem um isolante trmico melhor do que a madeira. D uma explicao para esse fato.

07- Na indstria encontramos uma grande variedade detipos de fornos.

Existem fornos eltricos, por exemplo em que o material a ser tratado faz parte da resistncia eltrica sendo atravessadopela corrente eltrica.

Um outro tipo de forno interessante o utilizado para a fabricao do cimento: o combustvel (carvo) e o mateiralque se quer aquecer (calcrio) so misturados e queimam

junto para se conseguir extrair depois o produto final.

Pesquise sobre os altos fornos utilizados na metalurgia e na laminao de metais: as suas especificidades, os dispositivosde segurana necessrios para o seu funcionamento, astemperaturas que atingem, etc..

08- Quando se planejou a construo de Braslia num

planalto do Estado de Gois, uma regio seca, de clima semi rido, uma das primeiras providncias foi a de formarum lago artificial, o lago Parano.

Discuta a importncia do lago nas mudanas de clima da regio levando em conta o calor especfico da gua.

09- No inverno gostamos de tomar bebidas quentes eprocuramos comer alimentos mais energticos, como sopas

e feijoada, e em maior quantidade. Voc acha que temos necessidade de nos alimentarmosmais no inverno? Discuta.


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01- Uma chaleira de alumnio de 600g contm 1400g degua a 200C. Responda:

a) Quantas calorias so necessrias para aquecer a gua at1000C?b) Quantos gramas de gs natural so usados nesseaquecimento se a perda de calor para a atmosfera for de30%?

Dados:

A tabela 12-1 fornece os calores especficos:

c Al= 0,21 cal/g.oC e c gua = 1 cal/g.oC

A tabela 7-1 fornece o calor de combusto:

C gs natural = 11900 kcal/kg

Se: mAl = 600 g

mgua = 1400g

ti = 20oC

tf = 100oC

02- Um pedao de metal de 200g que est temperatura de 100 0C mergulhado em 200g de gua a 15 0C para serresfriado. A temperatura final da gua de 230C.

a) Qual o calor especfico do material?

b) Utilizando a tabela de calor especfico, identifique ometal.

03- Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de gua quente, contendo 600 g de gua temperatura inicial de900C. Aps 4 horas ele observa que a temperatura da gua de 42 0C. A perda mdia de energia da gua por unidadede tempo (c= 1,0 cal/g. 0C):

a) 2,0 cal/s b) 18 cal/s c) 120 cal/s

d) 8,4 cal/s e) 1,0 cal/s

Alguns problemas.

t = 80 Co

Resoluo:a) A quantidade de calor necessria para aquecer a chaleira :

Q m c tAl Al Al=

Q 600 0,21 80 Q 10080 calAl Al= =

A quantidade de calor necessria para aquecer a gua :

Q m c t gua gua gua=

Q 1400 1 80 Q cal gua gua= = 112000

Q Q Q Qtotal Al gua total= + = +10080 112000

Q 122080 cal = 122,080 kcaltotal =

b) Como a perda de calor de 30%, somente 70% docalor de combusto aquece a chaleira:

70 00 de 11.900 8.330 kcal

1 kg 8.330 kcal

X 122,08 kcal

X =122,088330

kg 0 0147,

ou seja, so necessrios 14,7 g de gs natural.


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1 0 0

Esses so de vestibular.01) (FUVEST-97) Dois recipientes de material termicamente isolante contmcada um 10g de gua a 0 0C. Deseja-se aquecer at uma mesma temperatura os contedos dos dois recipientes, mas sem mistur-los. Para isso usado umbloco de 100g de uma liga metlica inicialmente temperatura de 900C. Obloco imerso durante um certo tempo num dos recipientes e depoistransferido para o outro, nene permanecendo at ser atingido o equilbriotrmico. O calor especfico da gua dez vezes maior que o da liga. Atemperatura do bloco, por ocasio da transferncia, deve ento ser igual a:

a) 100C b) 200C c) 400C d) 600C e) 800C

Resoluo:

Seja tE a temperatura de equilbrio trmico. Para o primeiro recipiente temos:

Q Qcedido liga recebido gua=m c t - t m c t1 1 1 2 2 2 E( ) =

100c

10(90 - t c t t tE E 2 E = =) 10 90

100c

10(90 - t c t t t2 E 2 E = =) 10 90

t t (1)E 2+ = 90

Para o segundo recipiente temos:

Q Qcedido liga recebido gua=

m c (t t = m c t1 1 2 E 2 2 E )

100c

10(t t = 10 c t t t t2 E E 2 E E =)

t2

t (2)2 E=

Substituindo (2) em (1) vem:

t2

t 32

t 90 t C2 2 2 2o+ = = =90 60

a) Em uma residncia, a dona de casa precisava aquecer 1 litro de gua que estava a 36oC. Porm, o gs de xozinha acabou. Pensando no problema,teve a idia de queimar um pouco de lcool etlico em uma espiriteira.

Sabendo que o calor de combusto do lcool etlico de 6400kcal/kg eque no aquecimento perdeu-se 50% do calor para atmosfera, determineo volume de lcool que deve ser queimado, para aquecer a gua at100oC.

Dados:

densidade do lcool: d= 0,8 kg/l

calor especfico da gua: c= 1cal/g.oC

densidade da gua: d= 1kg/l

03)(FUVEST-91) Calor de combusto a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustvel. O calor de combustodo gs de cozinha 6000kcal/kg. Aproximadamente quantos litros degua temperatura de 20 oC podem ser aquecidos at a temperatura de100oC com um bujo de gs de 13kg? Despreze perdas de calor.

a)1 litro b)10 litros c)100 litros d)1000 litros e)6000 litros

04)(FUVESST-92) Um bloco de massa 2,0kg , ao receber toda a energia trmica liberada por 1000 gramas de gua que diminuem a sua temperatura de 1 oC, sofre acrscimo de temperatura de 10oC. O calor especfico dobloco, em cal/g.oC :

a) 0,2 b) 0,1 c) 0,15 d) 0,05 e) 0,01

05)(FUVEST-98) Num forno de microondas colocado um vasilhamecontendo 3 kg d'gua a 10 0C. Aps manter o forno ligado por 14 min, se

verfica que a gua atinge a temperatura de 500C. O forno ento desligadoe dentro do vasilhame d'gua colocado um corpo de massa 1 kg e calorespecfico c = 0,2 cal/(g0C), temperatura inicial de 00C. Despreze o calornecessrio para aquecer o vasilhame e considere que a potncia fornecida pelo forno continuamente absorvida pelos corpos dentro dele. O tempoa mais que ser necessrio manter o forno ligado, na mesma potncia,para que a temperatura de equilbrio final do conjunto retorne a 500C :

a) 56 s b) 60 s c) 70 s d) 280 s e) 350 s02)(PUC-93) A queima ou combusto um processo em que h liberao deenergia pela reao qumica de uma substncia com o oxignio.


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C3 Transformaes

trmicas. Mudanas de estado

O zero absoluto

Escala de temperaturaKelvin

Transformaes gasosas

As transformaes trmicasdiscutidas nas leituras de 14 a 18

so retomadas nas

questes e exerccios desta leitura.

Resolva os exerccios propostos.


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C3 Transformaes trmicas.Exerccios.

01) Por qu a forma de gelo, gruda na mo quando a retiramos docongelador?

02) Observando a tabela de calor latente, qual substncia seria slida a temperatura ambiente (250C)? Qual seria o estado de tais substncias emum local cuja temperatura fosse -400C (Sibria)?

03) Usando a tabela de calores latentes entre o lcool e a gua, qualcausa mais resfriamento para evaporar?

04) Uma prtica de medicina caseira para abaixar a febre aplicarcompressas de gua e, em casos mais graves, o banho morno e o coletede lcool. Explique porque esses procedimentos funcionam.

05) Como se explica o fato da gua ferver a 400C a grandes altitudes?06)Em uma vasilha h um bloco de gelo de 100g a 00C. Qual a quantidademnima de gua a 200C (temperatura ambiente) que deve ser colocada

junto ao gelo para fund-lo totalmente?

Resoluo:

A quantidade de calor necessria para fundir o gelo :

Q f = m.Lf , onde Lf = 79,71 cal/g para o gelo

Q f = 100 x 79,71 = 7971 cal

A quantidade de calor fornecida pela gua :

Q gua = m.c. t , onde c = 1 cal/g 0C

Q gua = m x 1(0 - 20)

Como a quantidade de calor recebida pelo gelo igual a quantidade decalor perdida pela gua:

m x 1(0-20) = - 7971

01) (UFPR) Um corpo de 100g de massa aquecido por uma fonte de calorde potncia constante. O grfico representa a variao da temperatura docorpo, inicialmente no estado slido, em funo do tempo. O calor especficodesse material no estado slido de 0,6 cal/g 0C; seu calor especfico no estadolquido 1,0 cal/g0C.

A potncia da fonte e o calor de fuso da substncia so de, respectivamente:

a) 240 cal/min e 20 cal/min

b) 240 cal/min e 40 cal/min

c) 600 cal/min e 20 cal/min

d) 800 cal/min e 20 cal/min

e) 800 cal/min e 40 cal/min

Estes so de vestibular.

02) ( UNICAMP - 93) Uma dada panela de presso feita para cozinhar feijo temperatura de 110 0C. A vlvula da panela constituida por um furo de rea igual a 0,20 cm2, tampado por um peso que mantm uma sobrepresso dentroda panela. A presso de vapor da gua (presso em que a gua ferve) comofuno da temperatura dada pela curva abaixo. Adote g= 10 m/s2.

a) Tire do grfico o valorda presso atmosfrica emN/cm2, sabendo que nesta presso a gua ferve a 1000C.

b) Tire do grfico a pressono interior da panela quando o feijo est cozinhando a 1100C.

c) Calcule o peso da vlvula necessrio para equilibrar a diferena depresso interna e externa panela.

m =797120

398,5 g


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a) I e IV

d) I e VI

b) II e V

e) III e VI

c) III e IV

03) (FUVEST-86) Aquecendo-se 30g de uma substncia razo constante de 30 cal/min, dentro de um recipientebem isolado, sua temperatura varia com o tempo de acordo

com a figura. A 400

C ocorre uma transio entre duas fasesslidas distintas.

a) Qual o calor latente da transio?

b) Qual o calor especfico entre 700C e 800C?

04) (FUVEST-97) Uma certa massa de gs ideal sofre uma compresso isotrmica muito lenta passando de um estadoA para um estado B. As figuras representam diagramas TPe TV, sendo T a temperatura absoluta, V o volume e P a presso do gs. Nesses diagramas, a transformao descrita acima s pode corresponder s curvas

05) (FEI-93) Para resfriar bebidas em uma festa, colocaramas garrafas em uma mistura de gua e gelo ( a 00C).Depois de algum tempo, perceberam que a mistura de

gua e gelo havia sofrido uma contrao de 500cm3

emseu volume. Sabendo-se que, no mesmo tempo, a mistura de gua e gelo, sem as garrafas, sofreria uma contrao de200cm3, devido troca de calor com o meio, pode-seafirmar que a quantidade de calor fornecida pela garrafasa essa mistura, em kcal, foi:

Dados: densidade do gelo: 0,92 g/cm 3

calor latente de fuso do gelo: 80 cal/g

a)208 b)233 c)276 d)312 e)345

06)(FUVEST-95) Um bloco de gelo que inicialmente est a uma temperatura inferior a 00C recebe energia a uma razoconstante, distribuda uniformemente por toda sua massa.Sabe-se que o calor especfico do gelo valeaproximadamente metade do calor especfico da gua. Ogrfico que melhor representa a variao de temperatura T (em 0C) do sistema em funo do tempo t (em s) :

a)

b)

c)

d)

e)

Continuando com vestibular...


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Continuando com o vestibular...

07) (FUVEST-95) O cilindro da figura fechado por ummbolo que pode deslizar sem atrito e est preenchidopor uma certa quantidade de gs que pode ser consideradocomo ideal. temperatura de 300C, a altura h na qual ombolo se encontra em equilbrio vale 20cm (ver figura:hse refere superfcie inferior do mbolo). Se, mantidas asdemais caractersticas do sistema, a temperatura passar a ser 600C, o valor deh variar de, aproximadamente:

a) 5% b) 10% c) 20%

d) 50% e) 100%

08)(FUVEST-86) A figura mostra um balo, temperatura T 1= 2730K, ligado a um tubo em U, aberto, contendomercrio. Inicialmente o mercrio est nivelado. Aquecendoo balo at uma temperatura T f , estabelece-se um desnvelde 19 cm no mercrio do tubo em U. ( 1atm= 760mm deHg).

09) (FUVEST-91) Uma certa massa de gs ideal,inicialmente presso P0 , volume V0 e temperatura T 0 , submetida seguinte sequncia de transformaes:

1) aquecida a presso constante at que a temperatura atinja o valor 2T 0.

2) resfriada a volume constante at que a temperatura atinja o valor inicial T 0.

3) comprimida a temperatura constante at que atinja a presso inicial P0.

a) Calcule os valores da presso, temperatura e volume no

final de cada transformao.b) Represente as transformaes num diagrama presso x volume.

a) Qual o aumento de presso dentro do balo ?

b) Desprezando as variaes de volume, qual o valorde T f ?

10) (FUVEST-91) Enche-se uma seringa com pequena quantidade de gua destilada a uma temperatura um poucoabaixo da temperatura de ebulio. Fechando o bico, comomostra a figura A, e puxando rapidamente o mbolo,

verifica-se que a gua entra em ebulio durante algunsinstantes (veja figura B). Podemos explicar este fenmeno

considerando que:a) na gua h sempre ar dissolvido e a ebulio nada mais do que a transformao do ar dissolvido em vapor.

b) com a diminuio da presso a temperatura de ebulioda gua fica menor do que a temperatura da gua na seringa.

c) com a diminuio da presso h um aumento da temperatura da gua na seringa.

d) o trabalho realizado com o movimento rpido do mbolose transforma em calor que faz a gua ferver.

e) o calor especfico da gua diminui com a diminuio da presso.


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C4 Calor e produo.A primeira idia de utilizao do calor para produzirmovimento que se tem conhecimento surgiu na IdadeAntiga.

Heron, um grego que viveu no 1 sculo DC., descreve

um aparelho que girava devido ao escape de vapor. Era um tipo elementar de turbina de reao usada, na poca,como um "brinquedo filosfico". Essa descrio ficou perdida entre instrumentos de uso religioso.

MQUINA DEHERON.

A bola gira quando o vapor d'gua ejetadopelos tubos de escape.

PILES DEBRANCA. Em meados do sculo XVII, poca de grande avano dasdescobertas cientficas, a construo dos termmetrospermitiu a medida de temperaturas das substncias combastante preciso alm da determinao de grandezastrmicas como o coeficiente de dilatao de alguns lquidose os pontos de fuso e ebulio de vrios materiais. Sodessa poca tambm os estudos feitos pelo italiano Torricellisobre a presso atmosfrica e a descoberta de que a pressoatmosfrica diminui com a altitude.

Em 1680, na Alemanha, Huygens idealizou uma mquina que utilizava a exploso da plvora e a presso atmosfrica para produzir movimento realizando um trabalho. Nessa poca vrios inventores procuravam utilizar a fora explosiva da plvora.

Denis Papin, assistente de Huygens, foi quem viu"vantagens" em usar vapor d'gua em lugar de explosoda plvora.

A mquina que Papin construiu em 1690, consistia em umcilindro onde corria um pisto conectado a uma barra. Uma pequena quantidade de gua colocada no cilindro eaquecida externamente, produzia vapor que fazia o pistosubir, sendo a seguro por uma presilha.

O cilindro ento resfriado e o vapor no seu interior secondensa. A presilha solta manualmente e a pressoatmosfrica fora o pisto a baixar, levantando um peso C.

De uma maneira geral as invenes gregas eram usadaspara observao cientfica , para despertar a curiosidadedas pessoas e como objetos de arte ou de guerra masnunca para facilitar o trabalho humano.

As sociedades antigas, gregos e romanos, desprezavam otrabalho em si pois contavam com o trabalho escravo; nopodiam sequer imaginar uma mquina fazendo um trabalhopara o homem.

Muito tempo depois, em 1629, uma aplicao prtica quetrabalhava com o vapor foi idealizada por um arquitetoitaliano, Giovanni Branca. Esse engenho entretanto nofuncionou e a idia ficou esquecida.

Nessa mquina, o cilindro acumulava a funo de uma caldeira e de um condensador.

A mquina de Papin considerada hoje, a precursora da mquina a vapor e a mquina de Huygens, que utilizava a exploso da plvora como substncia combustvel, considerada a precursora do motor a exploso.

Entretanto, no foi atravs desses prottipos que o motora exploso ou mquina a vapor conquistaram o mundo da indstria. Embora os seus prinicpios de funcionamento j estivessem estabelecidos, o motor a exploso s foiconcebido depois de muitos anos do uso de bombas vaporchamadas de "bombas de fogo".

As bombas de fogo.No final do sculo XVII as florestas da Inglaterra j tinhamsido praticamente destrudas e sua madeira utilizada comocombustvel. A necessidade de se usar o carvo de pedra como substituto da madeira levou os ingleses a desenvolverem a atividade da minerao.

Um problema que surgiu com as escavaes cada vez mais

Um jato de vaporimpulsionava uma roda de ps que atravs deengrenagens transmitia o seu movimento aos 2piles.

DISPOSITIVO DEPAPIN.


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profundas foi o de acmulo de gua no fundo das minas ,o que poderia ser resolvido com a ajuda de mquinas.

Uma mquina foi desenvolvida para acionar as bombas queretiravam gua do subsolo de cerca de 30 metros,elevando-a at a superfcie pois as bombas antigas selevavam a gua at 10,33 metros.

A primeira industrializao de uma "bomba de fogo" foi a mquina de Savery em 1698.

A mquina de aspirao de Savery foi bastante usada eainda hoje, conhecida como pulsmetro, empregada emesvaziamentos temporrios. Entretanto, no oferecia segurana, consumia muito carvo para gerar vapor e era ineficiente em minas muito profundas.

Surge para substitu-la, em 1712, a mquina de Newcomenusada nas minas at 1830. Sendo ainda uma "bomba defogo" essa mquina que deriva da mquina de Huygens eDenis Papin consiste, como elas, de um cilindro providode um pisto mvel; a caldeira separada do cilindro, oque aumentou muito a segurana; o pisto ligado a umbalanc (braos de balana) que transmite s bombas oesforo da presso atmosfrica.

1- vapor chega pela torneira F levantando opisto.2- F fechada e por Dentra um jato de gua que condensa o vapor.3- A presso atmosfrica age no pistoempurrando-o para baixolevantando o lado C(gua das bombas).

Em 1763, James Watt, um fabricante e reparador deinstrumentos de fsica, ingls de Glasgow, chamado para consertar uma "bomba de fogo" modelo Newcomen.Admirando a mquina, Watt passa a estud-la.

Percebendo o seu princpio de funcionamento e

diagnosticando seus "pontos fracos", comea a procurarsolues buscando um aperfeioamento. Descobre, na prtica, a existncia do calor latente, um conceitodesenvolvido pelo sbio Black, tambm deGlasgow.Idealiza, ento, uma outra mquina comcondensador separado do cilindro. Fechando o cilindro,na parte superior, a mquina opera com o vapor pressionadoo que a torna muito mais eficiente do que com o uso da presso atmosfrica. O rendimento da "bomba de fogo" deWatt era muito maior do que a de Newcomen.

Em 1781, Watt constri sua mquina chamada de efeitoduplo que utiliza a biela para transformar o movimento de vai e vem do pisto em movimento de rotao e emprega um volante que regulariza a velocidade de rotao e quepassa a ser usada em larga escala nas fbricas.

A tcnica nesta poca tem um progresso intenso sem sofrera influncia da Fsica.Os conceitos tericos sobre dilataodos gases, por exemplo, ou o calor especfico, s vo serestabelecidos no sculo XIX. tambm deste sculo, 1848,o surgimento da escala absoluta de temperatura, a escala Kelvin.

uma verdadeira revoluo industrial que ocorrediretamente das construes das "bombas de fogo" eadianta-se ao pensamento cientfico.

Mquinas Trmicas

MQUINA DEWATT.

1- Entrada do vapor pela torneira D enquanto astorneiras E e F estofechadas.

2- A torneira D fechada e o vapor em A condensado. Abre-se a torneira E e a gua encheo reservatrio.

3- Fecha-se a torneira Edixando D e F abertas. O

vapor empurra a gua para o tubo C.


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Calor e produo.

Se a utilizao do vapor nas bombas de fogo provocou uma revoluoindustrial no sculo XVII na Inglaterra, a sua aplicao nos transportes nosculo seguinte transformou a civilizao ocidental.

Um veculo de 3 rodas movido a vapor tinha sido construdo por um francs,em 1771. O carro Cugnot, destinado a rebocar peas de artilharia foiconsiderado o primeiro automvel. O vapor utilizado como fonte de energia nos transportes, entretanto alcanou sucesso com a locomotiva.

Reichard Trevithick que em 1801 havia inventado uma carruagem a vapor econstri a primeira locomotiva em 1804 que transportava 10 toneladas decarregamento ao longo de trilhos de ferro fundido.

No incio do sculo XIX, George Stephenson, baseado nas idias de Trevithick

contruiu uma locomotiva para passageiros que ligava Liverpool a Manchester.As ferrovias se expandiram por toda Inglaterra, Blgica, Frana e outroscontinentes, chegando ao Brasil em 18........Durante muito tempo as ferroviasfizeram concorrncia locomoo em estradas.

O princpio de funcionamento da locomotiva o de um pisto que corre nointerior de um cilindro munido de vlvulas que controlam a quantidade de

vapor que chega, proveniente da caldeira e o escape dos gases queimados.

A biela faz a conexo entre o pisto e o eixo das rodas. Ela transforma omovimento de vai e vem do pisto em movimento de rotao das rodas.

A locomotiva. 1 - Entrada do vapor.2 - Escape dos gases.3 - Inversor: vlvula deslizante que fecha

a sada (2) quando (1)est aberta e vice-versa.

O motor a exploso.

Desde o sculo XVII que o princpio do motor a exploso tinha sidodesvendado com os trabalhos realizados por inventores, entre eles Huygens,que utilizaram a exploso da plvora num cilindro e a presso atmosfrica para produzirem trabalho.

Esses experimentos entretanto no foram aperfeioados e a mquina a vapor(bombas de fogo) que deram incio a industrializao da Inglaterra.

O motor a exploso volta a fazer parte dos projetos de inventores em 1774quando patenteado pelo ingls Robert Street e em 1779 pelo francsLebon.

Na Itlia, entre 1850 e 1870, Eugene Barsanti e Felici Mattuci realizaramexperincias com motores que utilizavam a exploso a gs.

Entretanto, o motor do belga Etienne Lenoir, patenteado em 1860 na Frana que vai ter xito comercial. Esse motor que chegou a ser utilizado noaperfeioamento de ferramentas em algumas indstrias, utilizava uma mistura de ar e gs de iluminao e depois de ar e petrleo para deslocar um pistonum cilindro.

O motor do automvel s pode ser concebido graas a idia de Schmidt esimultaneamente de Beau de Rochas, de comprimir pelo pisto a mistura de ar e combustvel antes da exploso no cilindro. Por motivos financeiros,Beau de Rocha no pode comercializ-lo. Este motor, considerado o primeiromotor de combusto de 4 tempos, foi contrudo por Otto na Alemanha.

A locomoo em estradas, o aparecimento da aviao e o aperfeioamentode mquinas so consequncias da construo do motor a combusto.

apostila física - térmica4

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