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Máquinas Térmicas

Máquinas térmicas são máquinas capazes de realizar trabalho a partir da variação de temperatura entre uma fonte fria e uma fonte quente. A grande maioria dessas máquinas retira calor de uma fonte quente. Parte desse calor realiza trabalho e a outra parte é jogada para a fonte fria, definindo, dessa forma, a eficiência da máquina. Uma máquina térmica tem maior eficiência quando ela transforma mais calor em trabalho, portanto, rejeita menos calor para a fonte fria.

No século passado, os cientistas estabeleceram de forma definitiva que o calor é uma forma de energia. No entanto, na Antiguidade já se sabia que o calor pode ser utilizado para produzir vapor e que este, por sua vez, poderia ser utilizado para realizar trabalho mecânico. Foi essa ideia que o inventor grego Heron teve no século I d.C. Heron construiu um dispositivo que era constituído por uma esfera de metal com dois furos, dos quais escapava ar quente (vapor) que era proveniente do aquecimento da água.

Hoje, em linguagem moderna, o dispositivo criado por Heron é uma máquina térmica, ou seja, um dispositivo que transforma calor em trabalho mecânico. Contudo, o dispositivo criado por Heron não foi utilizado para produzir grandes quantidades de energia mecânica. Somente no século XVIII foram construídas as primeiras máquinas capazes de realizar trabalhos em grandes escalas, ou seja, trabalhos industriais.

As primeiras máquinas do século XVIII tinham rendimentos muito baixos, ou seja, consumiam grandes quantidades de combustível e realizavam pequenos trabalhos. Foi por volta de 1770 que o inventor escocês James Watt apresentou um modelo de máquina que substituiu as máquinas que até então existiam, pois era mais eficiente e apresentava enormes vantagens. De maneira bem simplificada, podemos dizer que a máquina proposta por Joule retirava calor de uma fonte quente; com parte desse calor ele realizava um trabalho movendo um pistão e o restante ele rejeitava para uma fonte fria.

A máquina proposta por Watt foi empregada nos moinhos e no acionamento de bombas d’água inicialmente, mas posteriormente passou a ser empregada nas locomotivas e nos barcos a vapor. Ela ainda passou a ser muito utilizada nas fábricas como meio para acionar dispositivos industriais. Esse foi um dos fatores que motivaram a Revolução Industrial.

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Publicado por: Marco Aurélio da Silva Santos
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Lista de Exercícios

Questão 1

(CEFET - PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma:"É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho."Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:

a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;

b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;

c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;

d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;

e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.

Questão 2

(UNIVALI - SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente:

a) 500 e 1 500

b) 700 e 1 300

c) 1 000 e 1 000

d) 1 200 e 800

e) 1 400 e 600

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