Máquinas Térmicas

As máquinas térmicas surgiram perto do século I a.C, chamada máquina de Herón, criada por Herón de Alexandria, Porém, as máquinas térmicas somente ganharam destaque no século XVIII (século 18). Neste período, o inglês James Watt criou máquinas altamente eficientes, que passaram a ser utilizadas industrialmente. Essas máquinas foram o impulso tecnológico para a Revolução Industrial. Desde então, as máquinas térmicas foram aperfeiçoadas e passaram a ser utilizadas nas mais diferentes frentes de trabalho. Esses motores a vapor geraram os antigos trens a vapor, as Marias Fumaça. Hoje os motores não usam vapor para girar, nem carvão como combustível na mesma proporção de antes, mas o princípio continua o mesmo: usar o motor para gerar energia.

A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho. As máquinas devem realizar trabalho mecânico como elevar, movimentar ou misturar e seu funcionamento depende de um combustível, ou fonte de energia, logo elas transformam algum tipo de energia em energia mecânica.

As máquinas térmicas estão presentes em nosso dia a dia e são fundamentais para o funcionamento de diversas tecnologias. Confira alguns exemplos:

• Motores de combustão interna – motores movidos a gasolina, álcool, diesel, GLP e querosene

Eles absorvem o calor que é produzido a partir da queima de uma mistura de combustível e ar, que é periodicamente injetada no interior de seus cilindros. Desse modo, parte da energia que é liberada durante a explosão é convertida em trabalho, por meio do movimento do pistão – uma das partes móveis do motor, usada para converter a energia térmica em energia cinética.

• Máquinas movidas a vapor – locomotivas, máquinas de tecer

Dispositivo inventado para dar movimento a outras máquinas, cujo combustível para acionar seu conjunto é o vapor d’água. Desenvolvido no século XVIII, sua tecnologia continuou a ser utilizada e aperfeiçoada até o início do século XX. A partir das modificações de Watt, os motores a vapor passaram a movimentar as primeiras locomotivas, barcos, fábricas, além de fundições e minas de carvão.

• Usinas termoelétricas

A usina termoelétrica é uma instalação industrial que produz energia a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis (como carvão mineral, óleo, gás, entre outros) ou por outras fontes de calor (como a fissão nuclear, em usinas nucleares).

• Refrigeradores e ar-condicionado

Máquinas térmicas invertidas, chamadas de refrigeradores ou bombas de calor, pois transferem calor de uma região fria para uma mais quente. Esses aparelhos são constituídos por um compressor, um condensador e um evaporador. Neles, o ar do ambiente passa por um filtro, onde o pó e a umidade são retidos. Em seguida, este ar entra em contato com a serpentina, onde é resfriado, retornando ao ambiente através de um ventilador.

Disponível em: https://tinyurl.com/y26mdq6d Acesso em 17 de nov. de 2020. (Adaptada)

Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica/maquina-termica/ Acesso em 17 de fev. de 2022.

Disponível em: https://www.infoescola.com/termodinamica/motor-a-vapor/ Acesso em 17 de fev. de 2022.

Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica Acesso em 17 de fev. de 2022. (Adaptada)

Disponível em: https://resumos.mesalva.com/maquina-termica-segunda-lei-termodinamica/ Acesso em 17 de fev. de 2022.

Como funcionam as máquinas térmicas?

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. Os ciclos termodinâmicos são projetados em busca da maior eficiência energética, ou seja, busca-se sempre a produção de motores capazes de extrair uma grande quantidade de trabalho.

Toda máquina térmica apresenta uma configuração similar: dispõe de uma fonte de calor (fonte quente), da qual extrai a energia necessária para o seu funcionamento, e um sorvedouro (fonte fria), para onde uma parte do calor absorvido é dissipada. Observe o esquema a seguir:

As máquinas térmicas absorvem calor e liberam trabalho, o contrário do que fazem os refrigeradores.

Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquina-termicaaplicacao-segunda-lei-termodinamica.htm Acesso em 17 de fev. de 2022. (Adaptada)

ATIVIDADES

1. A máquina térmica é um dispositivo capaz de:

a) (   ) transformar calor em eletricidade.

b) (   ) alterar a temperatura de um ambiente fechado.

c) (   ) transformar energia mecânica em combustível.

d) (   ) converter calor em trabalho mecânico.

2. Qual foi a importância das máquinas térmicas para o desenvolvimento dos meios de transporte?

3. Analise as afirmações a seguir e coloque V para as verdadeiras e F para as falsas.

a) (   ) As máquinas térmicas estão presentes em nosso dia a dia e são fundamentais para o funcionamento de diversas tecnologias.

b) (   ) Os ares-condicionados são instalados, geralmente, em locais altos, já que o ar frio que eles produzem é menos denso que o ar ambiente. Com isso, o ar frio sobe, e o ar quente desce, até que todo o cômodo esteja em equilíbrio térmico.

c) (   ) O motor a vapor foi substituído pelo motor de combustão interna.

d) (   ) O primeiro motor a vapor surgiu na segunda revolução industrial.

4. Complete o texto com os termos que faltam para que este tenha sentido.

A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um ________________ em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em ______________.

a) (   ) combustível; comida.

b) (   ) combustível; trabalho.

c) (   ) cômodo; trabalho.

d) (   ) cômodo; comida.

5. São exemplos de máquinas térmicas:

a) (   ) bicicletas e patinetes.

b) (   ) carroças e charretes.

c) (   ) Motores de combustão interna (como aqueles movidos a álcool, gasolina e diesel), máquinas a vapor, usinas termoelétricas.

d) (   ) o corpo dos animais.

6. Pedro fez um longo passeio de motocicleta e, ao descer do veículo, encostou na parte indicada na figura a seguir e acabou se queimando.

Considerando que a motocicleta é um exemplo de máquina térmica, como o calor foi gerado nesse veículo?