Atividade/ aula - Ciências - 7 ano - Prof Ezel - período de 22 à 26/06/20

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O equilíbrio térmico, também chamado de equilíbrio termodinâmico, é quando dois corpos ou substâncias atingem a mesma temperatura.   Este conceito da termodinâmica está relacionado com a transferência de calor espontânea (energia térmica) que ocorre entre dois corpos em contato.                                                                                                            Nesse processo, o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.

Esquema da transferência de calor

A troca de energia entre dois corpos (energia calorífica) resulta na perda de energia térmica do corpo mais quente e no ganho de energia do corpo mais frio.                                             Como exemplo, podemos citar a mistura de café quente com leite frio. Ainda que tenham temperaturas iniciais distintas, em pouco tempo o corpo mais quente (café) transfere energia térmica para o mais frio (leite). Assim, a mistura fica morna, resultado do equilíbrio térmico.     Supondo que a café estava a 50 °C e o leite a 20 °C, o equilíbrio térmico é atingido quando ambos estão com 35 °C.

PROPAGAÇÃO DE CALOR 

Importante salientar que calor é a troca de energia e sua transferência pode ocorrer de três maneiras:

Condução térmica: É a transferência de calor entre corpos que ocorre especialmente em sólidos. Nesse tipo de condução, não ocorrem transferências de massa. Esse tipo de transferência de calor explica como ocorre o equilíbrio térmico em metais, por exemplo.

Convecção térmica::É uma transferência de calor que ocorre em fluidos. Nessa modalidade de transferência de calor, há a transferência de massa, uma vez que o fluido aquecido move-se, formando correntes de convecção até que todo o fluido atinja o equilíbrio térmico.

Irradiação térmica: É a transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas, portanto, esse processo ocorre mesmo que não haja um meio físico entre o corpo e outro corpo em diferentes temperaturas. O calor que é transferido, nesse caso, é o equivalente a ondas eletromagnéticas de menor energia que a luz visível, tratando-se, dessa forma, de radiações térmicas, localizadas na região do infravermelho.

MAQUINAS TÉRMICAS

Máquinas térmicas são dispositivos capazes de transformar energia térmica em trabalho mecânico. Toda máquina térmica necessita de uma fonte de calor e de uma substância de trabalho capaz de ter o seu volume modificado e, consequentemente, movimentar algum mecanismo, como válvulas ou pistões.

Os motores de combustão interna, como aqueles que movem os automóveis atuais, são exemplos de máquinas térmicas. Eles absorvem o calor que é produzido a partir da queima de uma mistura de combustível e ar, que é periodicamente injetada no interior de seus cilindros.                                               

Os motores de combustão interna, como aqueles que movem os automóveis, são exemplos de máquinas térmicas.

Desse modo, parte da energia que é liberada durante a explosão é convertida em trabalho, por meio do movimento do pistão – uma das partes móveis do motor, usada para converter a energia térmica em energia cinética.

Como funcionam as máquinas térmicas?

Todas as máquinas térmicas operam de acordo com um ciclo termodinâmico, isto é, sequências de estados termodinâmicos que se repetem. Esses ciclos apresentam diferentes estados de volume, pressão e temperatura, que são geralmente representados por gráficos de pressão em função do volume. Os ciclos termodinâmicos são projetados em busca da maior eficiência energética, ou seja, busca-se sempre a produção de motores capazes de extrair uma grande quantidade de trabalho.

Em qualquer ciclo termodinâmico, é possível calcular o trabalho graficamente. Para tanto, é necessário calcular a área do interior do gráfico, o que pode ser complicado de ser feito, caso o ciclo em questão tenha algum formato irregular. Além disso, o sentido das setas, horário ou anti-horário, indica se o ciclo em questão é o ciclo de uma máquina térmica ou de um refrigerador. Confira:

A área do gráfico das máquinas térmicas indica a quantidade de trabalho que elas realizam durante um ciclo.

• Ciclo no sentido horário: Se o sentido do ciclo for horário, o ciclo é o de uma máquina térmica, a qual absorve calor e produz trabalho.
• Ciclo no sentido anti-horário: No caso em que o sentido de um ciclo é anti-horário, ele precisa receber trabalho mecânico e liberar calor, como no caso dos motores de refrigerador.

              Toda máquina térmica apresenta uma configuração similar: dispõe de uma fonte de calor (fonte quente), da qual extrai a energia necessária para o seu funcionamento, e um sorvedouro (fonte fria), para onde uma parte do calor absorvido é dissipada.  Observe o esquema a seguir:

As máquinas térmicas absorvem calor e liberam trabalho, o contrário do que fazem os refrigeradores.

De acordo com a primeira lei da Termodinâmica, as máquinas térmicas precisam receber certa quantidade de calor para funcionar. No entanto, apenas uma pequena fração dessa quantidade de calor, que é uma forma de energia, pode ser convertida em trabalho útil.

As razões dessa limitação são essencialmente duas: a primeira diz respeito à capacidade técnica de se produzir uma máquina que não dissipe energia – o que é impossível –, e a segunda é uma limitação da própria natureza: pela 2ª lei da Termodinâmica, nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento de 100%. 

TIPOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Exemplos  de maquinas térmicas:

• Geladeira.
• Locomotivas à vapor.
• Barcos à vapor.
• Motor a gasolina.
• Turbina a vapor.
• Gerador elétrico.
• Turbinas a querosene (impulsionam os aviões a jato)
• Motores de explosão que queimam a gasolina, álcool ou diesel.

Fonte: Brasil Escola - Mundo Educação