IntroduçãoIntroduçãoTemos através desse trabalho, o objetivo de compreender alguns Temos através desse trabalho, o objetivo de compreender alguns

fenômenos naturais que se apresentam de forma regular e relacioná-fenômenos naturais que se apresentam de forma regular e relacioná-los com conceitos desenvolvidos ao longo da história, utilizando los com conceitos desenvolvidos ao longo da história, utilizando

conceitos para prever situações do cotidiano, resolver os problemas conceitos para prever situações do cotidiano, resolver os problemas encontrados, e sua relação com a Termodinâmica e a relação das encontrados, e sua relação com a Termodinâmica e a relação das

grandezas: Calor, Temperatura e Energia.grandezas: Calor, Temperatura e Energia.Primeiramente, vamos retomar alguns conceitos de calor e Primeiramente, vamos retomar alguns conceitos de calor e

temperatura, Transformações gasosas, Trabalho Termodinâmico, temperatura, Transformações gasosas, Trabalho Termodinâmico, Primeira e Segunda Lei da termodinâmica, Ciclo de Carnot, Rendimento Primeira e Segunda Lei da termodinâmica, Ciclo de Carnot, Rendimento

da Máquina Térmica, Energia em sistemas conservativos e não da Máquina Térmica, Energia em sistemas conservativos e não conservativos e Entropia. conservativos e Entropia.

A seguir, veremos um vídeo de introdução do A seguir, veremos um vídeo de introdução do conteúdo...conteúdo...

O calor (abreviado por Q) é a energia térmica transferida entre dois corpos que estão a temperaturas diferentes. Logo não há sentido

em dizer que um corpo tem mais calor que outro. O calor é uma energia que se transfere de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. Estabeleceu-se como unidade de quantidade de calor a caloria (cal).

Denomina-se caloria (cal) a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água de 14,5ºC a 15,5ºC, sob

pressão normal. No Sistema Internacional de unidades a unidades de quantidade de

calor é o Joule (J). A relação entre a caloria e o Joule é: 1 cal = 4,186 J. Podemos utilizar também um múltiplo de caloria chamado

quilocaloria. 1Kcal = 1000 cal

Equilíbrio térmico : Dois corpos, com temperaturas iniciais diferentes, postos em contato, depois de certo tempo atingem a mesma

temperatura. Esse estado final chama equilíbrio térmico. OBS.: Dois corpos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro

estão em equilíbrio tércico entre si.

Conceito de CalorConceito de Calor

TemperaturaTemperatura A Temperatura é a medida da energia cinética associada ao movimento

(vibração) aleatório das partículas que compõem um dado sistema físico.A temperatura é devida à transferência da energia térmica ou calor, entre

dois ou mais sistemasA temperatura é diretamente proporcional à quantidade de energia

térmica ou calor num sistema. Quanto mais calor se junta a um sistema, mais a sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor

provoca um abaixamento da temperatura do sistema. Na escala microscópica, este calor corresponde à transmissão da agitação térmica

entre átomos e moléculas no sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da velocidade de agitação

térmica dos átomos.Muitas propriedades físicas da matéria como as suas fases ( estado sólido, líquido, gasoso, plasma ou condensado de Bose-Einstein), a

densidade,a solubilidade, a pressão de vapor e a condutibilidade elétrica dependem da temperatura. A temperatura tem também um papel

importante no valor da velocidade das reações químicas

Vídeo de concretização dos conceitos de temperatura e calor...Vídeo de concretização dos conceitos de temperatura e calor...

Vídeo sobre de introdução sobre transformações gasosas...Vídeo sobre de introdução sobre transformações gasosas...

Lei Geral dos Gases Perfeitos (Ideais)Lei Geral dos Gases Perfeitos (Ideais)Antes! O que é gás perfeito? É um gás que não existe na realidade, e serve

apenas para provar que um gás real, quando aquecido e rarefeito, se comporta do modo como mostramos anteriormente. A lei geral diz

Equação de ClapeyronEquação de Clapeyron Envolve o número de mols do gás, número associado a massa do gás. A equação é PV = nRT. R é a constante universal dos gases perfeitos. N o

número de Mols do gás, T a temperatura em Kelvin, V o Volume e P a pressão. Quando a pressão for dada em atmosfera, tem valor 0,082 atm . l/MOL . K.

Pressão de um GásPressão de um Gás A pressão que um gás exerce é F de força em Newtons dividio pelo S é a área

do recipiente em que se encontra e P é a pressão

Transformações GasosasTransformações Gasosas Uma transformação gasosa ocorre quando há mudança nas variáveis de

estado de um gás.

Há certas transformações que são consideradas especiais ou particulares: a isocórica (V constante), a isobárica (p constante), e a

isotérmica (T constante).

Transformações IsotérmicasTransformações Isotérmicas

São transformações em que a temperatura permanece São transformações em que a temperatura permanece constante.Pressão e Volume são inversamente proporcionais.constante.Pressão e Volume são inversamente proporcionais.

Quando o peso bate no embolo, há um aumento de pressão e Quando o peso bate no embolo, há um aumento de pressão e uma redução no volume. Cessada a pressão o embolo volta a sua uma redução no volume. Cessada a pressão o embolo volta a sua pressão normal e volume normal. A temperatura não chega a ser pressão normal e volume normal. A temperatura não chega a ser

alterada porque o processo é rápido. alterada porque o processo é rápido.

Transformações Isobáricas Transformações Isobáricas

São transformações que ocorrem a pressão constante.O Volume e a Temperatura são diretamente proporcionais.

Quando a chapa circular se aquece ao rubro, ela acaba transferindo calor para o gás dentro do cilindro. As moléculas do gás se agitam mais e

colidem mais fortemente com as paredes. Isto causaria um aumento na pressão não é? Mas não causa. Sabe por que? Porque quando o gás se

aquece as moléculas batem no embolo e ele sobe. O aumento de volume

acaba normalizando a pressão.

Transformações IsométricasTransformações Isométricas

São transformações com volume constante. A Pressão e a Temperatura são diretamente proporcionais.

Quando as chapas se aquecem liberam calor para o gás dentro do cilindro. As moléculas do gás se agitam mais e acabem colidindo com mais força nas paredes do cilindro e no embolo, que não é móvel. Se o embolo pudesse subir mais, a pressão seria normalizada. Entretanto o

embolo é fixo e a pressão só aumenta com o aumento de temperatura. As presilhas do embolo do cilindro da direita não suportaram a alta pressão

e romperam.

Transformações AdiabáticasTransformações Adiabáticas

São transformações que ocorrem sem troca de calor.São transformações que ocorrem sem troca de calor.Cp e Cv são os calores específicos do gás a pressão constante e a volume Cp e Cv são os calores específicos do gás a pressão constante e a volume

constante.constante.

Vídeo final de transformações gasosas...Vídeo final de transformações gasosas...

TermodinâmicaTermodinâmica

A Termodinâmica é a parte da Termologia (Física) que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia, e as leis que governam os

processos de conversão de energia. A Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto quantitativo de processos de conversão de energia. É o princípio da conservação da energia e da conservação

da massa, agora familiar, : "A energia do Universo é constante".

A Segunda Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direção mas não

podem ocorrer na direção oposta. Enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropia do Universo tende a um máximo". A possibilidade de interconversão entre

calor e trabalho possui restrições para as chamadas máquinas térmicas. " Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida

em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)"

Ciclo de CarnotCiclo de Carnot É o ciclo executado pela Maquina de Carnot, idealizada pelo engenheiro

francês Carnot e que tem funcionamento apenas teórico (ainda não conseguiram criar uma Maquina de Carnot).

Funcionando entre duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas

alternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo (fonte

fria).O rendimento da Maquina de Carnot é o

maximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter (Mas

nunca o rendimento chega em 100%)..

Temos que o rendimento da maquina em porcentagem é igual a:Onde:

Tc = Temperatura da fonte fria(em Kelvin)Th = Temperatura da fonte quente (em Kelvin)

A utilidade da Maquina de Carnot é descobrir se uma máquina térmica tem um bom rendimento, para assim ver se o seu custo em é viável para a

indústria

Mostraremos a energia e a temperatura em Q e T respectivamente, que Mostraremos a energia e a temperatura em Q e T respectivamente, que durante cada ciclo do motor, a substancia de trabalho absorve a energia durante cada ciclo do motor, a substancia de trabalho absorve a energia

Qa sob a forma de calor de um reservatório térmico mantido á Qa sob a forma de calor de um reservatório térmico mantido á temperatura constante Ta e libera a energia Qb sob a forma de calor para temperatura constante Ta e libera a energia Qb sob a forma de calor para

um segundo reservatório térmico mantido a uma temperatura inferior, um segundo reservatório térmico mantido a uma temperatura inferior, também constante Tbtambém constante Tb

Calor Qa convertido em trabalhoCalor Qa convertido em trabalho

Rendimento da Máquina TérmicaRendimento da Máquina Térmica

A máquina térmica é um dispositivo para converter calor em trabalho mecânico e uma análise da máquina térmica de Carnot fornece a relação que procuramos. O

trabalho fornecido por uma máquina térmica corresponde a uma diferença entre o calor introduzido no sistema na temperatura maior, gH, e o calor perdido a baixa

temperatura, qc.

Operavam utilizando-se mais da propriedade de o vapor condensar-se de novo em líquido do que de sua propriedade de expansão. Quando o vapor se condensa, o líquido ocupa menos espaço que o vapor. Se a condensação tem um lugar em um recipiente fechado, cria-se um vácuo parcial, que pode realizar trabalho útil.

O rendimento é definido como a razão entre o trabalho realizado no ciclo e a quantidade de energia retirada da fonte quente na forma de calor.

Existem várias maneiras de descobrir o rendimento (N) de uma máquina térmica.

Algumas simples são:N= rendimento

W=trabalhoQ=fonte

W = t/Q2

O rendimento é o trabalho executado dividido pelo calor introduzido no sistema ou:

onde Wcy é o trabalho fornecido por ciclo. Vemos que o rendimento depende só de qC/qH. Como qC e qH correspondem à transferência de calor nas

temperaturas TC e TH, qC/qH devem ser uma função destas temperaturas:

Num sistema conservativo atuam forças conservativas e temos que as transformações de energia são tais que não existe degradação da energia. Esse sistema poderá ficar indefinidamente transformando completamente seus diversos tipos de energia uns nos outros. Por

exemplo, num pêndulo ideal (sem atrito) acontecerá um movimento por um tempo indefinido, e nesse movimento existirá sempre uma

transformação entre a energia cinética e a energia potencial gravitacional desse sistema.

A energia mecânica (Em) de um corpo ou de um sistema de corpos corresponde à soma das energias cinética e potencial.

Como já vimos, qualquer que seja a forma de energia mecânica (cinética, potencial gravitacional ou potencial elástica), a sua unidade, no Sistema

Internacional (SI), é o joule (J).

Energia em sistemas Conservativos

Num sistema não conservativo (ou dissipativo) parte da energia se degrada, se transforma em um tipo de energia que não pode retornar para o tipo original. Se

considerarmos um pêndulo real, parte da energia inicial irá sendo transformada em calor, e esse calor não poderá ser completamente transformado em energia cinética

ou potencial gravitacional.

Energia em sistemas não conservativos Energia em sistemas não conservativos

A entropia (do grego εντροπία, entropía) é uma grandeza termodinâmica geralmente

associada ao grau de desordem. Ela mede a parte da energia que não pode ser

transformada em trabalho. É uma função de estado cujo valor cresce durante um processo

natural em um sistema fechado. Vamos por partes, começando com fatos que são

familiares para todo mundo. Quando você põe um cubo de açúcar no café, o cubo dissolve. Uma vez dissolvido, você não verá os grãos

de açúcar voltarem a formar o cubo.

Se você abrir uma garrafa de perfume em um quarto fechado, você sentirá o cheiro

agradável se espalhando pelo quarto. Isso ocorre por que as moléculas de perfume

chocam-se entre si, escapando da garrafa, e, aos poucos, vão se chocando também com as moléculas de ar no quarto, e o perfume vai se difundindo. Você não verá o aroma agradável

desaparecer devido ao fato de todas as moléculas espontaneamente terem resolvido

voltar para a garrafa.

Entropia

Mais um exemplo: você quebra um ovo e prepara uma omelete. Jamais você verá a omelete se transformar de volta em um ovo. Todos esses processos

mostram que existe uma direção preferencial para a passagem do tempo. Se você visse uma omelete se transformando em um ovo, você imediatamente concluiria, por mais estranho que fosse, que o tempo estaria andando para

trás.Os exemplos acima têm um aspecto em comum: todos eles começam em um estado organizado (o cubo de açúcar, a garrafa com o perfume dentro, o ovo)

e terminam num estado muito mais desorganizado (o cubo dissolvido, o perfume espalhado, a omelete). Esse aumento inevitável da desordem não é

uma propriedade exclusiva de cubos de açúcar, garrafas de perfume ou ovos.

Ele ocorre com todos os sistemas que não trocam energia com o exterior.

(No caso do ovo, o sistema tem de incluir a panela e a colher que bate o ovo e, se você quiser, o calor do fogão e a energia que você gasta.)

A quantidade de desordem de um sistema é representada pela sua entropia: quanto mais organizado o sistema, menor é a sua entropia. O cubo e a xícara

de café do exemplo acima têm entropia menor do que os grãos de açúcar espalhados por todo o volume do café. Esse crescimento da entropia é outra expressão da segunda lei da termodinâmica: em um sistema isolado (que não

troca energia com o exterior), a entropia nunca decresce, podendo apenas crescer ou permanecer constante.

E, como a segunda lei também está relacionada com a direção da passagem do tempo, podemos dizer que o tempo vai para frente porque a entropia

cresce.

Depois de muitos estudos e teorias, colocaremos agora em prática tudo que vimos até agora, ou seja, veremos as

aplicações no nosso dia-a-dia, em uma máquina à vapor, talvez a mais famosa e marcante, o Trem à vapor ou Maria Fumaça...

Funcionamento Do Motor à VaporFuncionamento Do Motor à Vapor O diagrama a seguir mostra os componentes principais de um motor a

vapor com pistão. Este tipo de motor seria característico numa locomotiva a vapor.

O motor mostrado é um motor a vapor de atuação dupla porque a válvula permite vapor de alta pressão atuar alternadamente em ambas as faces do

pistão. A animação a seguir mostra a máquina em ação:

Você pode ver que a válvula corrediça é responsável por permitir que o Você pode ver que a válvula corrediça é responsável por permitir que o vapor em alta pressão entre em qualquer lado do cilindro. A barra vapor em alta pressão entre em qualquer lado do cilindro. A barra deslizante de comando para a válvula é usualmente forçada numa deslizante de comando para a válvula é usualmente forçada numa

integração acoplada ao ressalto do êmbolo, de modo que o movimento integração acoplada ao ressalto do êmbolo, de modo que o movimento do ressalto do êmbolo desliza a válvula também. Na locomotiva a vapor, do ressalto do êmbolo desliza a válvula também. Na locomotiva a vapor,

esta integração também permite ao maquinista colocar o trem em esta integração também permite ao maquinista colocar o trem em movimento inverso. movimento inverso.

Você pode ver neste diagrama que o vapor de exaustão simplesmente é Você pode ver neste diagrama que o vapor de exaustão simplesmente é expelido, saindo para a atmosfera.expelido, saindo para a atmosfera.

Esse fato explica duas coisas sobre locomotivas a vapor: - Por que se deve carregar água na estação - a água é constantemente perdida pelo exaustor de

vapor. - O som "tchu-tchu" que vem da locomotiva - quando a válvula abre o cilindro para liberar o

vapor exaurido, o vapor escapa à pressão muito alta, fazendo o som "tchu" quando sai. Quando o trem está dando partida, o pistão está se movendo muito lentamente, mas então o trem

começa a mover o pistão e ganha velocidade. O efeito disto é o "tchu... tchu... tchu... tchu-tchu-tchu-tchu" que ouvimos quando o trem começa a se mover.

Numa locomotiva a vapor, o ressalto do êmbolo normalmente se liga a um braço motriz, e daí aos braços duplos que acionam as rodas da locomotiva

Neste diagrama, a cruzeta é conectada a um braço motriz que se conecta a uma das três rodas motrizes de tração. As três rodas são conectadas por braços duplos de modo que giram em

Harmonia

Agora para finalizar, vamos ver o último vídeo explicativo...Agora para finalizar, vamos ver o último vídeo explicativo...

ConclusãoConclusão

Através desse trabalho foi possível analisar os conceitos da Através desse trabalho foi possível analisar os conceitos da termodinâmica e entendê-los por meio de máquinas que termodinâmica e entendê-los por meio de máquinas que

utilizam esses princípios, como, a máquina à vapor, que por utilizam esses princípios, como, a máquina à vapor, que por meio de uma fonte de calor faz água de uma caldeira evaporar meio de uma fonte de calor faz água de uma caldeira evaporar

gerando uma pressão que é utilizada no funcionamento de gerando uma pressão que é utilizada no funcionamento de maquinas.maquinas.

Mas a termodinâmica não esta presente somente nas Mas a termodinâmica não esta presente somente nas máquinas à vapor, na verdade ela é responsável pelo máquinas à vapor, na verdade ela é responsável pelo

funcionamento de todos os motores, des do a vapor ate o funcionamento de todos os motores, des do a vapor ate o elétrico. Um exemplo de motor onde estão presentes as leis da elétrico. Um exemplo de motor onde estão presentes as leis da termodinâmica é o motor a combustível, (sistema do motor de termodinâmica é o motor a combustível, (sistema do motor de automóveis, termoelétricas, aviões, etc) que consiste em uma automóveis, termoelétricas, aviões, etc) que consiste em uma

maquina térmica em que seu funcionamento é baseado na maquina térmica em que seu funcionamento é baseado na queima de combustível que por meio de rações químicas é queima de combustível que por meio de rações químicas é

produzindo energia mecânica através de ciclos de expansão e produzindo energia mecânica através de ciclos de expansão e compressão de gases.compressão de gases.

A sociedade em que vivemos e cercada por essas máquinas, A sociedade em que vivemos e cercada por essas máquinas, e podemos dizer que hoje em dia seria impossível viver um e podemos dizer que hoje em dia seria impossível viver um

mundo sem ela, isso deve-se a grande eficiência, comodidade e mundo sem ela, isso deve-se a grande eficiência, comodidade e também, a dependência de que foi criada por elas, onde em um também, a dependência de que foi criada por elas, onde em um

sistema capitalista como o que vivemos uma grande sistema capitalista como o que vivemos uma grande produtividade e agilidade são fundamentais.produtividade e agilidade são fundamentais.

Sites:Sites:

- http://pt.wikipedia.org/wiki/ - http://pt.wikipedia.org/wiki/ - http://www.10emtudo.com.br/demo/fisica/estudo_dos_gases/index_2.html - http://www.10emtudo.com.br/demo/fisica/estudo_dos_gases/index_2.html - http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/4ConservacaodaEnergia.html- http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/4ConservacaodaEnergia.html- http://viagem.hsw.uol.com.br/motor-a-vapor1.htm- http://viagem.hsw.uol.com.br/motor-a-vapor1.htm- http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/gases/gases.php- http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/gases/gases.php

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Bibliografia