Experimento_ Máquinas Termicas ALGETEC

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<p>INSTITUDO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA.</p><p>Curso: Engenharia de Energia</p><p>Disciplina: Física II</p><p>Docente: Drº João Paulo Rodrigues</p><p>Discentes: Geovanna Marques e Deydiane Alcântara.</p><p>Máquinas Térmicas</p><p>EXPERIMENTO</p><p>PAGE 7</p><p>Máquinas Térmicas</p><p>1. Introdução</p><p>A máquina térmica está associada ao estudo da termodinâmica. Segundo Çengel e Boles (2013), a termodinâmica poder ser definida como a ciência da energia. Embora as pessoas tenham uma ideia do que seja a energia, é difícil estabelecer uma definição exata. No entanto, podemos dizer que a energia tem a capacidade de causar alteração no sistema. Quando o princípio da conservação de energia é aplicado em sistemas térmicos, "passamos a chamá-lo de primeira lei da termodinâmica, ou seja, sempre que o calor for transferido para um sistema, ele se transformará em uma quantidade igual de outro tipo de energia" (HEWITT, p. 183, 2009). A primeira lei da termodinâmica explica as diversas variáveis envolvidas no processo físico, porém não menciona nada sobre a direção do processo. Potter e Somerton (2017) afirmam que a segunda lei da termodinâmica nos ajuda a estabelecer o sentido de um determinado processo. Essa lei também implica que a variação da entropia do universo após algum processo será sempre maior ou igual a zero.</p><p>Um enunciado formulado por Kelvin para poder compreender a segunda lei da termodinâmica tem a seguinte forma: não há nenhum processo no qual calor é extraído de uma fonte e convertido inteiramente em trabalho útil, sem nenhuma outra consequência para o resto do universo. Isto é, o processo deve ser reversível. Como se trata de processos cíclicos, então a "formulação de Kelvin poderia ser enunciada assim: não há nenhuma máquina térmica operando ciclicamente capaz de remover calor de um reservatório e convertê-lo integralmente em trabalho" (OLIVEIRA; DECHOUM, p. 360, 2003).</p><p>A partir disso, podemos passar a compreender melhor como trabalham as máquinas térmicas, visto que estas funcionam em ciclos e são capazes de converter calor em trabalho (W). Esse tipo de dispositivo sempre vai operar entre duas fontes de calor, sendo elas: uma fonte quente, em que a temperatura é maior (𝑇𝑞), e uma fonte fria (𝑇𝑓), que contém uma temperatura menor. A base de seu funcionamento está relacionada à retirada de calor da fonte quente (𝑄𝑞), sendo que uma parte desse calor é convertida em trabalho mecânico e a outra parte é rejeitada para a fonte fria (𝑄𝑓),</p><p>2. Parte experimental</p><p>Materiais necessários:</p><p>• Isqueiro;</p><p>• Imã metálico esférico;</p><p>• Suporte com queimador à álcool;</p><p>• Suporte para recipiente de vidro;</p><p>• Conjunto de recipiente de vidro com esferas com seringa.</p><p>Procedimento experimental:</p><p>1. Segurança do experimento:</p><p>Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no “Armário de EPIs”.</p><p>2. Utilizando o protótipo de máquina térmica:</p><p>Conecte o imã à base da seringa. Ponha o conjunto do recipiente de vidro com a seringa no suporte. Com o auxílio do isqueiro, acenda o pavio do queimador a álcool e, em seguida, desloque o suporte com o queimador para uma posição de contato com o suporte com o conjunto de vidro. Observe o movimento do protótipo de máquina térmica. Posteriormente, afaste o suporte com o queimador e apague a sua chama.</p><p>3. Resultados e discussão</p><p>Avaliação de resultados:</p><p>1. Como funciona uma máquina térmica?</p><p>Uma máquina térmica é um dispositivo que converte energia térmica em trabalho mecânico. 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, elas necessitam de uma substância de trabalho, à qual a máquina transfere parte do calor absorvido por uma fonte quente, fazendo-a aquecer e esfriar de forma cíclica.</p><p>A importância das máquinas térmicas é incontestável para nosso modelo de sociedade atual, em que fazemos uso de motores de combustão interna para um grande número de atividades e processos tecnológicos</p><p>2. Qual a função de cada componente do protótipo no movimento do conjunto?</p><p>Nesse experimento, cada componente do protótipo desempenha um papel essencial no movimento do conjunto e na demonstração dos princípios de termodinâmica, vamos trabalhar e explicar cada um deles:</p><p>· Isqueiro (Fonte de Calor):</p><p>Função: Fornecer energia térmica ao sistema. Pode ser um aquecedor elétrico, uma chama, ou qualquer outro dispositivo que aqueça o fluido de trabalho. Essa energia térmica é necessária para expandir o fluido (ar) e gerar movimento.</p><p>· Recipiente de vidro (Câmara de Expansão):</p><p>Função: Contém o fluido de trabalho que se expande quando aquecido. Essa expansão é o que gera a força mecânica necessária para mover outras partes do protótipo. Se fosse um motor a vapor, essa câmara seria o cilindro onde o vapor empurra um pistão.</p><p>· Imã Conectado à Base da Seringa:</p><p>Função: O ímã conectado à base da seringa pode servir para estabilizar a seringa, garantindo que ela permaneça alinhada e fixa durante o experimento. Além disso, o ímã pode interagir com outros componentes metálicos ou magnéticos do sistema para influenciar o movimento, como criar uma resistência controlada ao movimento do pistão (seringa), ou servir como parte de um sensor de posição (dependendo do design completo).</p><p>· Seringa:</p><p>Função: A seringa atua como uma câmara de expansão para o fluido de trabalho (neste caso, o ar). Quando o ar dentro da seringa é aquecido pelo queimador de álcool, ele se expande, empurrando o êmbolo da seringa para fora. Este movimento do êmbolo simula o funcionamento de um pistão em uma máquina térmica real, onde o fluido em expansão realiza trabalho mecânico.</p><p>· Recipiente de Vidro:</p><p>Função: O recipiente de vidro provavelmente atua como um invólucro para a seringa e o ar dentro dela, ajudando a manter a integridade do sistema e possibilitando a visualização do processo. O vidro permite observar o que está acontecendo dentro do sistema enquanto o ar é aquecido e se expande.</p><p>· Suporte para o Conjunto de Vidro com Seringa:</p><p>Função: O suporte mantém o conjunto do recipiente de vidro e a seringa em posição, garantindo que o protótipo fique estável e corretamente posicionado para o experimento. Ele também facilita o movimento controlado do queimador de álcool em direção e afastamento da seringa.</p><p>· Queimador a Álcool:</p><p>Função: O queimador a álcool é a fonte de calor no experimento. Ao acender o pavio do queimador e aproximá-lo do conjunto de vidro, o calor gerado aquece o ar dentro da seringa. Este aquecimento causa a expansão do ar, que por sua vez, empurra o êmbolo da seringa, demonstrando o princípio de conversão de energia térmica em trabalho mecânico.</p><p>· Suporte para o Queimador:</p><p>Função: Este suporte permite mover o queimador de álcool de forma controlada, aproximando-o ou afastando-o do conjunto de vidro. Isso é essencial para regular o calor aplicado à seringa, permitindo o controle do ciclo de aquecimento e resfriamento no experimento.</p><p>· Funcionamento do Protótipo:</p><p>Quando o queimador é aceso e movido para próximo do recipiente de vidro, o calor aquece o ar dentro da seringa. Esse aquecimento faz com que o ar se expanda, empurrando o êmbolo da seringa para fora. Esse movimento simula a realização de trabalho mecânico, similar ao que ocorre em uma máquina térmica real.</p><p>Ao afastar o queimador, o ar dentro da seringa esfria e contrai, e o êmbolo pode voltar para sua posição original. Este ciclo de expansão e contração do ar demonstra como uma máquina térmica utiliza diferenças de temperatura para gerar movimento.</p><p>4.	CONCLUSÃO:</p><p>Assim, nas máquinas térmicas, o trabalho é gerado por meio da aplicação dos ciclos adequados, que são conhecidos como ciclos de Carnot, Otto, Diesel, Brayton e outros. Vale salientar que cada ciclo opera em condições diferentes.</p><p>Passamos a compreender melhor como trabalham as máquinas térmicas, visto que estas funcionam em ciclos e são capazes de converter calor em trabalho (W). Esse tipo de dispositivo sempre vai operar entre duas fontes de calor, sendo elas:</p><p>· Uma fonte quente, em que a temperatura é maior (𝑇𝑞),</p><p>· Uma fonte fria (𝑇𝑓), que contém uma temperatura menor.</p><p>A base de seu funcionamento está relacionada à retirada de calor da fonte quente (𝑄𝑞), sendo que uma parte desse calor é convertida em trabalho mecânico e a outra parte é rejeitada para a fonte fria (𝑄f).</p><p>Logo, o trabalho realizado em máquinas térmicas será a diferença do calor fornecido pela fonte quente em relação ao calor absorvido pela fonte fria. Vale ressaltar que é impossível construir uma máquina que trabalhe com rendimento máximo, isto é, que transforme todo o calor recebido em trabalho mecânico. Isso porque a fração de energia térmica que não é utilizada para realizar trabalho é transferida para outra fonte a uma temperatura inferior.</p><p>5.	REFERÊNCIAS</p><p>· Plataforma de estudos. Disponível em: https://ava.ifba.edu.br/course/view.php?id=4568. Acesso em: 25 ago. 2024.</p><p>· No title. Disponível em: <https://www.youtube.com/results?search_query=experimento+algetec+maquinas+t%C3%A9rmicas>. Acesso em: 25 ago. 2024.</p><p>· JOAMILTON GOMES, DA S. Protótipo de Máquina Térmica - Termodinâmica. Disponível em: <https://www.passeidireto.com/arquivo/139897314/prototipo-de-maquina-termica>. Acesso em: 25 ago. 2024.</p><p>· Máquinas térmicas: o que são, mapa mental e mais. , 23 out. 2008. . Acesso em: 25 ago. 2024</p><p>· ::maquinas termicas:: Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/cref/leila/maquina.htm>. Acesso em: 25 ago. 2024.</p><p>· ALMEIDA, U. F. Sobre o conceito de entropia nos livros didáticos brasileiros para o</p><p>ensino médio. 2011. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Física) —</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, Natal, pag.</p><p>20, 2011.</p><p>image1.png</p><p>image2.jpg</p>