Máquinas Térmicas (Motor)

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Máquinas Térmicas (Motor) | Qq | = | Ʈ | + | Qf | Energia Térmica => Energia Mecânica

Máquinas Térmicas (Motor) Em um motor o gás absorve calor de uma fonte quente. A fonte quente pode ser constituída pela caldeira da máquina à vapor, ou a queima do combustível no interior de um motor à combustão. A energia térmica produzida na queima é absorvida pelo gás. Parte do calor absorvido pelo gás é convertido em trabalho útil, fazendo a roda girar, por exemplo. No entanto, parte do calor absorvido pelo gás não é convertido em trabalho útil. Dizemos que esse calor é perdido pelo gás e despejado na fonte fria.

Máquinas Térmicas (Motor) – Rendimento(n) O rendimento avalia o percentual de calor absorvido pelo gás que é convertido em trabalho Para o cálculo do rendimento (n), utilizaremos os valores absolutos, ou seja, não iremos considerar os sinais. | Qq | = | Ʈ | + | Qf | Logo: | Ʈ | = |Qq | - | Qf | n = Ʈ Q𝑞 = Qq −Q𝑓 Q𝑞 0 ≤ n < 1(100%) Não existe máquina com rendimento 100%, ou seja, não existe máquina que converta todo o calor absorvido em trabalho útil! Parte do calor sempre é cedido à fonte fria.

Máquinas Térmicas (Motor) – Rendimento(n) Exemplo resolvido: um gás absorve 600 J de uma fonte quente e perde 450 J para a fonte fria. Calcule o rendimento do motor e o trabalho útil realizado. 𝑛= 600 −450 600 = 0,25 = 25%. O que significa que essa máquina converte 25% do calor recebido da fonte quente em trabalho útil. | Ʈ | = |Qq | - | Qf |= 600 – 450 = 150J Não existe máquina com rendimento 100%, ou seja, não existe máquina que converta todo o calor absorvido em trabalho útil! Parte do calor sempre é cedido à fonte fria. n = Ʈ Q𝑞 = Qq −Q𝑓 Q𝑞

Máquinas Térmicas – Refrigerador Um refrigerador retira calor da fonte fria e despeja na fonte quente (processo não espontâneo). Para isso, um compressor realiza trabalho sobre o gás (Ʈ< 0). De maneira geral, a energia mecânica (trabalho) é convertida em energia térmica.

Máquinas Térmicas – (Refrigerador) | Qq | = | Ʈ | + | Qf | Energia Mecânica => Energia Térmica

Máquinas Térmicas – (Refrigerador) Eficiência térmica (e) | Qq | = | Ʈ | + | Qf | Energia Mecânica => Energia Térmica e = Q𝒇 Ʈ A eficiência térmica (e) calcula a relação entre a quantidade de calor retirada da fonte fria e o trabalho realizado pelo compressor. Para o cálculo da eficiência térmica utilizaremos apenas valor absolutos.

Máquinas Térmicas com Máximo Rendimento – Ciclo de Carnot No ciclo de Carnot, o gás sofre duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas. O máximo rendimento que uma máquina térmica pode apresentar, quando opera entre duas temperaturas, é o rendimento calculado quando o gás opera em um ciclo de Carnot. Cuidado! Mesmo sendo máximo, o rendimento nunca será igual a 100%.

Máquinas Térmicas com Máximo Rendimento Ciclo de Carnot ΔU = Q – τ ΔU 1/2 = 0 0 = Q 1/2 -τ τ = Q 1/2 > 0 (Gás recebe calor) τ = Q 3/4 < 0 (gás perde calor)

Ciclo de Carnot – Rendimento(n) (Temperatura da fonte quente: Tq) | Qq | = | Ʈ | + | Qf | Logo: | Ʈ | = |Qq | - | Qf | n = Ʈ Q𝑞 = Qq −Q𝑓 Q𝑞 = Tq −T𝑓 T𝑞 Para o cálculo do rendimento (n), utilizaremos os valores absolutos, ou seja, não iremos considerar os sinais. As temperaturas das fontes fria e quente se mantém constantes. (Temperatura da fonte fria: Tf)

2º Princípio da Termodinâmica Enunciado de Kelvin-Planck É impossível a construção de um dispositivo que, por si só, isto é, sem a intervenção do meio externo, consiga transformar em trabalho todo calor absorvido de uma fonte. (Interpretação: não existe um motor com rendimento 100%) Enunciado de Clausius É impossível a construção de um dispositivo que, por si só, isto é, sem a intervenção do meio externo, consiga transferir calor de um corpo para outro de temperatura mais elevada. (Interpretação: não existe um refrigerador que consiga transferir calor de uma fonte fria para uma fonte quente sem a intervenção de um agente externo. No caso de uma geladeira, para que o calor possa ser absorvido da parte interna (fonte fria) e despejado na parte de trás (fonte quente), é preciso que o compressor dessa geladeira realize um trabalho sobre o gás.)

3º Princípio da Termodinâmica É impossível levar um sistema ao zero absoluto através de um número finito de operações (Indica que não pode haver um motor com n = 100%). Tf nunca será zero! n = Ʈ Q𝑞 = Qq −Q𝑓 Q𝑞 = 𝐓𝐪 −𝐓𝒇 𝐓𝒒 Sempre: (Tq - Tf) < (Tq) e n < 1 (100%)