Máquinas Térmicas – a 2ª

Lei da Termodinâmic

a

Profª: Daniela Fontana AlmenaraDisciplina: FísicaTurma: 2º Ano do Ensino médio

Governo do Estado de RondôniaSecretaria de Estado da Educação – SEDUC

E.E.E.F.M. Cel. Aluízio Pinheiro FerreiraRolim de Moura – RO

O que é uma máquina térmica

• Dispositivo que transforma calor em trabalho mecânico.

• A primeira Máquina Térmica foi inventada por Heron, no século I d.C. Ele construiu o dispositivo da figura abaixo, onde o vapor

formado pelo aquecimento da água, ao escapar pelos orifícios mostrados na figura colocava em rotação uma esfera de metal.

• Entretanto a máquina de Heron não foi usado com objetivo prático, para produzir grandes quantidades de energia mecânica, isso só veio a acontecer no século XVIII.

A máquina de Watt• As primeiras máquinas térmicas inventadas no

século XVIII, além de bastante precárias, apresentavam rendimentos muito baixos, isto é, consumiam grande quantidade de combustível para produzir um trabalho relativamente pequeno.

• Em 1970 James Watt apresentou um novo modelo de máquina térmica.

• A máquina de Watt foi inicialmente empregada para movimentar moinhos e acionar as bombas que retiravam água de minas subterrâneas e, posteriormente, nas locomotivas e barcos a vapor. • A máquina a vapor passou a ser amplamente usada nas fábricas para acionar os mais diversos dispositivos industriais.

• Considerada um dos fatores que provocaram a chamada Revolução Industrial no século XVIII.

Locomotiva a Vapor

• A máquina térmica de Watt deu origem a novos modelos mais aperfeiçoados, entre eles destaca-se a Locomotiva a Vapor

Turbina a vapor

• Os modelos de máquina a vapor são muito pouco usados atualmente. Porém a energia térmica do vapor continua sendo empregada em larga escala nas centrais termelétricas, para movimentar um outro modelo de máquina térmica, denominada turbina a vapor.

O motor de explosão

• No decorrer do século XX foram inventados vários outros tipos de máquinas térmicas, destacando-se entre elas os motores de explosão, as turbinas a vapor, os motores a jato, etc.

Rendimento de uma máquina térmica• Denomina-se rendimento, R, de uma máquina

térmica a relação entre o trabalho, T, que ela realiza em cada ciclo, e o calor, Q, absorvido, durante o ciclo, da fonte quente.

𝑅=𝑇𝑄1

• Então, o rendimento de uma máquina térmica será tanto maior quanto maior for o trabalho que ela realiza, para uma quantidade de calor absorvida.

Pela conservação da energia,

Então, podemos expressar o rendimento de uma máquina térmica da seguinte maneira:

𝑅1=1−𝑄2

𝑄1

2ª Lei da Termodinâmica

• "É impossível construir uma máquina, operando em ciclos, tendo como único efeito retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho".

• Nicolas Leonard Sadi Carnot evidenciou que para uma máquina térmica funcionar era fundamental a existência de uma diferença de temperatura. Ele estabeleceu que:

Na conversão de calor em trabalho de modo contínuo, a máquina  deve operar em ciclos entre duas fontes térmicas, uma fonte quente e uma fonte fria. Em cada ciclo, a máquina retira uma quantidade de calor Q1 da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho τ, e rejeita para a fonte fria a quantidade de calor Q2 que não foi convertida.

Atividades

• Realizar as atividades do livro didático, pág 103, exerc. 40, 42, 43 e 44.