Efi ciência ( )
03. Uma máquina de Carnot é operada entre duas fontes, cujas temperatu-
ras são: 300 K e 270 K. Admitindo-se que a máquina recebe da fonte quente uma quantidade de calor igual a 100 J, determine:
a) O rendimento ( ) da máquina; b) O trabalho realizado pela máquina;
c) A quantidade de calor transferida para a fonte fria.
Solução:
a) O rendimento da máquina de Carnot pode ser escrito por:
= = 1 - = 0,1
= 0,1 = 10%
b) Trabalho realizado:
= 0,1 = = 10 J
c) Quantidade de calor transferido:
Q1 = + Q2
100 = 10 + Q2 .: Q2 = 90 J
Resumo
Termodinâmica
A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre o calor trocado, representado pela letra Q, e o trabalho realizado, representado pela letra , num determinado processo físico que envolve a presença de um corpo e/ou sistema e o meio exterior.
Transformação da energia
– A energia mecânica pode se transformar em energia térmica (calor);
– A energia térmica pode se transformar em energia mecânica (motor de automóvel);
– A energia química, queima de um papel, pode se transformar em calor.
Trabalho sob pressão constante
A força que o gás exerce sobre o êmbolo é F e o trabalho realizado pelo gás na expansão é dado por:
=F .ΔV = p .ΔV =p .ΔV =p(V-Vo) Onde: – p = pressão – V = volume fi nal – V0 = volume inicial
Primeira Lei da Termodinâmica
Essa lei diz que a variação da energia interna de um sistema pode ser ex- pressa através da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele durante uma determinada transformação.
Temperatura nos informa a respeito da energia interna:
• temperatura aumenta energia interna aumenta;
• temperatura diminui energia interna diminui;
O que volume nos informa a respeito do trabalho:
• volume aumenta Realiza trabalho;
• volume diminui Recebe trabalho;
• volume constante não troca trabalho ( = 0).
Transformação isobárica: ela ocorre à pressão constante, podendo variar
somente o volume e a temperatura os quais são diretamente proporcionais entre si. Sendo,
Q = + ∆V
Transformação isotérmica: ocorre à temperatura constante, variando so-
mente as grandezas de pressão e volume. Todo calor trocado com o meio é transformado em trabalho e vice-versa. Então:
Q =
Transformação isocórica ou isométrica: ocorre à volume constante, va-
riando somente as grandezas de pressão e temperatura. Nesta transforma- ção não há troca de trabalho com o meio externo, todo calor trocado com o meio é proveniente da variação da energia interna. Logo,
Q = ∆U
Transformação adiabática: é a transformação gasosa na qual o gás não
troca calor com o meio externo, seja porque ele esteja termicamente isolado ou porque o processo que ocorre de forma tão rápida que o calor trocado é desprezível. Então:
Q = 0 =ΔU
Transformações reversíveis
Transformações reversíveis são aquelas onde é possível fazer o sistema retor- nar ao estado inicial, passando pelos mesmos estados intermediários.
Transformações irreversíveis
São aquelas em que não é possível fazer o sistema retornar ao estado inicial passando pelos mesmos estados intermediários.
Ciclo de Carnot
Esse ciclo consta de duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isotérmicas, todas elas reversíveis, sendo o mesmo também reversível. Quando o ciclo é percorrido no sentido horário, o trabalho rea- lizado é positivo e medido numericamente pela área do ciclo.
Rendimento ( )
Como o rendimento de um motor térmico é dado pelo quociente do traba- lho realizado ( ) e a energia total recebida (Q1), então, ele é igual a:
= ou =
Para uma máquina térmica que opera segundo o Ciclo de Carnot, temos: = =
Efi ciência ( )
A efi ciência de um refrigerador térmico é dada pelo quociente entre o calor retirado da fonte fria (Q2) e o trabalho externo ( ). Logo,
ou
Referências
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TIPLER, P. A. Física 2. Rio de Janeiro: Livro Técnico Científi co, 2000.
FUKE, CARLOS, KAZUHITO – Os Alicerces da Física, vol. 2. SP: Editora Saraiva, 2000. HEWITT P.G. – Física Conceitual, 9ª edição. Porto Alegre: Bookman Editora, 2002. UGO AMALDI – Imagem da Física. SP: Editora Scipione, 1997.
SAMPAIO, J. L. e CALÇADA, C. S. - Universo da Física, vol. 2, São Paulo: Atual Editora, 2ª Edição, 2006.
BONJORNO J. R. & CLINTON M. R. – Física História e Cotidiano, Volume único. São Paulo: Editora FTD, 2ª edição, 2005.
ROCHA, J. F. M et all – Origem e evolução das ideias da Física. Salvador: Editora EDUFBA, 2002.
GASPAR, A. – Física, Volume Único. São Paulo: Editora Ática, 2008.
RAMALHO F. J.; NICOLAU F. F.; TOLEDO P. A. S., Os Fundamentos da Física, Vol. 2, Editora Moderna, 7ª edição.
Sites para consultas
http://alkimia.tripod.com/cientifi cos/1_lei.htm http://www.feiradeciencias.com.br/sala20/index20.asp http://www.sofi sica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/ciclodecarnot.php http://www.mspc.eng.br/termo/termod0510.shtml http://alkimia.tripod.com/cientifi cos/2_lei.htm http://www.geocities.yahoo.com.br/saladefi sica http://www.feiradeciencias.com.br http://www.fi sica.com.br http://www.fi sica.ufc.br http://www.fi s.unb.br http://www.ifqsc.sc.usp.br http://www.if.ufrj.br http://www.ift.unesp.br http://www.ifi .unicamp.br http://www.if.usp.br
Objetivos
• Defi nir período e frequência de um movimento periódico; • Caracterizar o MHS como um movimento retilíneo com acelera- ção variável;
• Deduzir as funções horárias do MHS; • Aplicar as funções horárias do MHS;
• Conceituar: amplitude; elongação; pulsação; fase inicial.
Assunto
– Movimento Harmônico Simples
Introdução
Os movimentos harmônicos simples estão presentes em vários aspectos de nossas vidas, como, por exemplo, nos movimentos do pêndulo de um re- lógio, de uma corda de violão ou de uma mola. Tais movimentos realizam um mecanismo de “vaivém” em torno de uma posição de equilíbrio, sendo caracterizados por um período e por uma frequência.
Um movimento harmônico simples é variado, porém, não pode ser consi- derado uniformemente variado, já que a aceleração não é constante. Se analisarmos uma mola, por exemplo, vemos que sua velocidade é anulada nas posições extremas em que é submetida e é máxima nos pontos centrais desse movimento.
Movimentos, que se repetem em intervalo de tempo sucessivos, são deno-