Termodinamica

...

trabalho enquanto sua temperatura diminui.

Há conservação de energia nas máquinas térmicas

A conservação de energia é um Princípio que se aplica a qualquer sistema, assim como a conservação de massa.

4

As máquinas térmicas obedecem a Primeira Lei da Termodinâmica, pois parte da energia na forma de calor (Q) que recebem, é transformada em trabalho (W). Esta é a parte de energia útil. A outra parte é transformada em variação de energia interna, ΔU, esta parte representa a quantidade de energia degradada ou não aproveitada, de modo que:

ΔU = Q - W.

Portanto, a soma do trabalho realizado pela máquina com o aumento da energia interna deve ser igual à quantidade de energia que lhe foi fornecida.

Se uma máquina térmica realiza trabalho ao invés de adicionarmos calor ao sistema, segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, deverá haver um aumento da energia interna.

Esse é um caso simples que ocorre em nossa vida diária quando, por exemplo, esfregamos as mãos. O trabalho mecânico que realizamos faz com que a energia interna aumente e as mãos se aqueçam. O mesmo ocorre quando enchemos o pneu de uma bicicleta com uma bomba manual.

Estrutura de uma máquina térmica

Basicamente, uma máquina térmica é constituída por dois reservatórios, como mostra a figura ao lado.

O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedecendo a Segunda Lei da Termodinâmica e transformado parte do calor que sai da fonte quente em trabalho.

Segunda Lei da Termodinâmica

Pode ser enunciada de diferentes maneiras:

Calor não flui espontaneamente de um corpo com menor temperatura para um corpo com maior temperatura (enunciado de Kelvin-Planck).

Para as máquinas térmicas:

É impossível a uma máquina térmica operando em ciclo converter integralmente calor em trabalho (enunciado de Kelvin-Planck).

A segunda lei da Termodinâmica, aplicada às máquinas térmicas, pode ser assim resumida:

5

Pela primeira lei da Termodinâmica: W = Q1 – Q2

Onde:

W= trabalho (J)

Q1= calor da fonte quente (J)

Q2= calor da fonte fria (J)

Rendimento das Máquinas Térmicas

Motor térmico

Em uma máquina térmica, o aproveitamento realizado é normalmente expresso pela relação entre a quantidade útil de energia que se obtém (trabalho mecânico) e a quantidade de energia térmica fornecida à máquina. Define-se o rendimento () como:

=