Máquinas Térmicas

Máquinas Térmicas

Transformando calor em trabalho deste a Revolução Industrial!

O que fazer com o CALOR?

Transformar em TRABALHO!

Para obter trabalho, a humanidade usou a força de animais e dos próprios homens, às vezes a força do vento ou de uma correnteza. Foi apenas na Revolução Industrial, no século XIX em diante, que aprendemos a usar o CALOR para fazer isso com as máquinas térmicas.

Dropdown

A finalidade de uma máquina térmica é ​

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​

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em ​

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.

É uma simulação do PhET.
Escolha SISTEMAS.

​​Acesse esse site .

□ Mude a fonte de energia mecânica para uma “chaleira”.

□ Mude o receptor de energia para “ventilador”.

□ Selecione “Símbolos de Energia” no canto superior direito.

□ Ligue o calor na chaleira no nível máximo.

Deixe como na imagem acima.

Multiple Choice

Observe a energia que vai sendo transformada em trabalho (energia mecânica). Todo o calor (100%) é transformado em trabalho?

• Sim

• Não

Multiple Choice

Na simulação, a roda consegue "capturar" toda a energia mecânica do vapor?

• Não

• Sim

• Não dá pra saber

Multiple Choice

Fique observando a energia elétrica que é levada para o ventilador. Ele consegue transformar TODA a energia elétrica em trabalho (energia mecânica)?

• Não

• Sim

• Não dá pra saber

Fluxo de Energia na Máquina

A máquina recebe calor da fonte quente (na simulação é o fogo sob a chaleira) e o direciona para uma fonte fria (na simulação é o ar). "No caminho", uma parte da energia é transformada em trabalho, mas não 100%: apenas uma parte.
Na simulação, é o bico da chaleira que produz o trabalho, "soprando" o valor sob pressão, que vai empurrar a roda.

Labelling

Indique as partes da máquina térmica:

Drag labels to their correct position on the image

Trabalho

Fonte Quente

Fonte Fria

Calculando a Potência do Calor

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Considere que cada quadradinho de energia equivale a 1 kJ. Cronometre 30s, conte os quadradinhos, e responda: qual é a potência do calor que entra no sistema a partir do fogo, em quilo-joules por segundo, ou seja, quilo-watts? Arredonde para inteiro.

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Proceda de forma similar para obter a potência mecânica produzida no ventilador. Qual é a potência mecânica produzida nele? Responda também em kW, arredondando para inteiro.

Exemplo:

Fórmula:

Rendimento da Máquina Térmica

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O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o calor e a energia mecânica produzida (trabalho). Qual é o rendimento da máquina térmica da simulação? Transforme em porcentagem e arredonde para uma dezena.

%

Note que esta máquina térmica não produz apenas 'vento' como na simulação: ela usa parte da energia mecânica para erguer o clipe.

Assista esse vídeo (short)

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A máquina do vídeo transforma energia ​

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(calor) em energia potencial ​

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ao erguer o clipe (desprezando a velocidade do clipe).

A potência mecânica.

O calor do etanol.

Calculando o Rendimento da Máquina

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Calcule a potência térmica da máquina do vídeo, em Watts. Lembre que 1g de etanol possui 6400 cal, que cada 1cal tem 4,18J.

$$P_{term}=\frac{Q}{t}$$

t é o tempo da queima de 1g do etanol.

Arredonde para inteiro.

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Calcule a potência mecânica da máquina do vídeo:

$$P_{mec}=\frac{m\cdot g\cdot h}{t}$$

Transforme a massa de g para kg (divida por 1000), g=9,8 m/s², e transforme a altura de cm para m (divida por 100). O tempo é para erguer o clipe.

Arredonde para a primeira casa decimal que não é zero.

,

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Calcule o rendimento da máquina:

$$\eta\ =\frac{\tau}{Q}$$

onde o trabalho é a potência mecânica e o calor é a potência térmica obtida anteriormente. Transforme em porcentagem.

,

%

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Interpretando o resultado anterior: a máquina do vídeo converte em ​

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para erguer o clipe apenas ​

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da energia obtida com a queima do ​

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.