{"id":3207,"date":"2021-07-21T09:00:00","date_gmt":"2021-07-21T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/professorpinguim.com.br\/blog\/?p=3207"},"modified":"2023-08-06T21:17:46","modified_gmt":"2023-08-07T00:17:46","slug":"maquinas-termicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/professorpinguim.com.br\/blog\/maquinas-termicas\/","title":{"rendered":"M\u00e1quinas t\u00e9rmicas e Ciclo de Carnot"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Fala, pessoal, tudo bem? Vamos estudar um pouco mais sobre Termodin\u00e2mica, abordando m\u00e1quinas t\u00e9rmicas e Ciclo de Carnot. Essas s\u00e3o as bases para o funcionamento de muitas m\u00e1quinas, de carros \u00e0 combust\u00e3o a usinas nucleares.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Veja que essas m\u00e1quinas convertem parte do calor que recebem em trabalho mec\u00e2nico. E entender isso \u00e9 essencial para compreendermos a mat\u00e9ria. Ent\u00e3o, abra o caderno e bons estudos!<\/p>\n\n\n\n<!--more-->\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">M\u00e1quina t\u00e9rmica<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Entende-se por m\u00e1quina t\u00e9rmica o dispositivo capaz de converter em trabalho mec\u00e2nico. Exemplo: locomotiva a vapor. Quando estudamos esse conte\u00fado, \u00e9 preciso refletir sobre o quanto entra de energia nessa m\u00e1quina, de onde ela vem e para onde ela vai.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Veja a imagem:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh4.googleusercontent.com\/eORZQIUwZr7foX32Sleqt50BzOaIg_-FVOlM6ts7zlxQinS5Obb4OU6gt-kkjY97l2x15h30GlUyO9bdPPnlz-TF2wd1jkBdUnUMDKnt4e3OMQ08_0khxEP1AgFC6inI3Uq8F_Wn\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Uma m\u00e1quina t\u00e9rmica recebe calor de um lugar que chamamos de fonte quente, que \u00e9 um local que fornece energia para a m\u00e1quina funcionar. Toda fonte quente est\u00e1 em uma temperatura TQ. Por sua vez, a fonte fria \u00e9 outro local da m\u00e1quina para onde vai o rejeito da energia.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Funciona assim: a m\u00e1quina t\u00e9rmica recebe calor da fonte quente (Q<sub>quente<\/sub>), converte em trabalho mec\u00e2nico (\u03c4) e o restante \u00e9 rejeitado pela fonte frita (Q<sub>fria<\/sub>). Importante notar que a soma das energias se equivalem.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Exemplo: suponha que o calor da fonte quente \u00e9 igual a 1000 J e que a m\u00e1quina t\u00e9rmica o transforme em um trabalho mec\u00e2nico que equivale a 400 J. Assim, podemos concluir que o m\u00f3dulo do calor rejeitado \u00e9 de 600 J.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A partir disso, temos a principal f\u00f3rmula das m\u00e1quinas t\u00e9rmicas:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Q<\/strong><strong><sub>quente<\/sub><\/strong><strong> = \u03c4 + |Q<\/strong><strong><sub>fria<\/sub><\/strong><strong>|<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para calcular o rendimento (\u03b7) de uma m\u00e1quina t\u00e9rmica \u00e9 necess\u00e1rio pegar a parte \u00fatil pelo total que ela recebeu, o que nos d\u00e1 a seguinte f\u00f3rmula:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh6.googleusercontent.com\/9o1ZJkG9_iR5bFxDt9vl39WnEbtU6r5IVU0iNbDnobrKDHrq_erVCbOmUpskvsjWP3D2hjq-EGrlCsIXqH8yCUNur-f8yE4QWZ86DRbpmDRDbMO85x5m5ILlq7eITrVmbj_8j3Qw\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Note que o denominador (Q<sub>quente<\/sub>) ser\u00e1 sempre maior que o numerador (\u03c4). Portanto, <strong>0 \u2264 \u03b7 &lt; 1<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Ciclo de Carnot<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">O Ciclo de Carnot \u00e9 considerado um ciclo ideal, pois fornece o <strong>rendimento m\u00e1ximo<\/strong> para uma m\u00e1quina t\u00e9rmica que opere entre duas fontes com temperaturas T<sub>F<\/sub> e T<sub>Q<\/sub>. Ele trabalha com duas transforma\u00e7\u00f5es isot\u00e9rmicas e duas transforma\u00e7\u00f5es adiab\u00e1ticas.&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Importante: <\/strong>muitos enunciados n\u00e3o v\u00e3o falar especificamente em Ciclo de Carnot. Muitas quest\u00f5es v\u00e3o usar a express\u00e3o &#8220;rendimento m\u00e1ximo&#8221; ou &#8220;trabalho m\u00e1ximo&#8221;.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Acompanhe a imagem:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh5.googleusercontent.com\/l8Icg3Ovd_HRKppnWkiEfNKH1GVM5yTnx5iIKKK3ys5XcCNeO28gIutYl8yISX6b0S9aKgs6t2RT2S5xlI-pqRy4VHkBkMiYoqicDDbqck87gt4GpdkEuWhjBIeTXaqi1m0_z9QQ\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Aqui, valem as mesmas f\u00f3rmulas que vimos para m\u00e1quinas t\u00e9rmicas. A quest\u00e3o \u00e9 que quando uma m\u00e1quina est\u00e1 no Ciclo de Carnot, o calor que vem da fonte quente est\u00e1 para o calor que \u00e9 rejeitado pela fonte fria assim como TQ est\u00e1 para TF. Ou seja, h\u00e1 uma raz\u00e3o na mesma propor\u00e7\u00e3o entre o calor da fonte fria e da fonte quente que \u00e9 a mesma raz\u00e3o de TF e TQ:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh6.googleusercontent.com\/oM1fKULouwT-WTXNbjrwQw1i6uO-qPt4Qyxt69PDWQcZ1iUOjy0RWzLf_TaoLK8gjg85A3BgBQMAIYnPM58q71z9_nXVU12gIMF8_YjzL-Cr4F8lVH_0SZ0e9QDgvRU4TfaPeAAa\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Lembre-se de que essa raz\u00e3o s\u00f3 vale para Ciclo de Carnot. A partir disso, podemos pegar a express\u00e3o acima e substituir na f\u00f3rmula do rendimento, criando uma nova maneira de calcul\u00e1-lo.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para isso, devemos lembrar que qualquer m\u00e1quina que opere entre duas temperaturas (T<sub>F <\/sub>e T<sub>Q<\/sub>), tem um rendimento menor do que as m\u00e1quinas operando no Ciclo de Carnot entre as mesmas temperaturas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Agora, acompanhe:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh6.googleusercontent.com\/9o1ZJkG9_iR5bFxDt9vl39WnEbtU6r5IVU0iNbDnobrKDHrq_erVCbOmUpskvsjWP3D2hjq-EGrlCsIXqH8yCUNur-f8yE4QWZ86DRbpmDRDbMO85x5m5ILlq7eITrVmbj_8j3Qw\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Lembre-se de que:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Q<sub>quente<\/sub> = \u03c4 + Q<sub>fria<\/sub><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Assim, podemos:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u03c4 = Q<sub>quente <\/sub>&#8211; Q<sub>fria<\/sub><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ent\u00e3o, basta substituir:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh4.googleusercontent.com\/BbxBGhs0LlVwfpibj1Qq2QW3b0yudzFGD48ZXF0E9qrkXR418m0ZKlgRr02R54a_fFG6D7TzzlsaFDOLNaG0S1d647FDxKc5IqOXycT8NvMmxdXoLmNn9GdntimC5hW3kPASRhJy\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh6.googleusercontent.com\/NwfnwcsJZ_aNtzTW7Kf8Bv40dd-M43TWRlEn0bMcT7skXzlz709W3wvjV7KG4JCc4auDDD6XN3ewnRuiKBFSLwX_FT4I_rM-Gj2b7kW4xpRo12ktdTzszvdRqO9SCyX7piOriOPY\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Importante: <\/strong>essa f\u00f3rmula vale para qualquer m\u00e1quina t\u00e9rmica, e n\u00e3o apenas Ciclo De Carnot.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Lembre, agora, que vimos que h\u00e1 uma raz\u00e3o entre os calores das fontes fria e quente e as temperaturas. Ent\u00e3o, podemos fazer mais uma substitui\u00e7\u00e3o na f\u00f3rmula para descobrimos, por fim, a f\u00f3rmula de rendimento de m\u00e1quina de Carnot:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh4.googleusercontent.com\/XWosV93WrQMd1wpTY5jxx4ZRHBrkemDJ4n-6eDsM8uMHgCurnCLosd84U4gzjrOWiATbtbLQCvk700qSIf6xpVlDF64uhqj7Ygm1bV5gFeSq_EKCBVH-GuPBZlJ3r7aOdVdUdmk0\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Importante: <\/strong>em Termodin\u00e2mica, as temperaturas dever\u00e3o estar sempre em kelvin (K)!<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">M\u00e1quinas t\u00e9rmicas e Ciclo de Carnot: gr\u00e1fico<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A maneira mais simples para saber se uma quest\u00e3o est\u00e1 pedindo Ciclo de Carnot \u00e9, como vimos, por meio de express\u00f5es como \u201crendimento m\u00e1ximo&#8221; ou \u201ctrabalho m\u00e1ximo\u201d. Mas nem sempre \u00e9 assim: outra alternativa que pode aparecer nas suas provas \u00e9 um gr\u00e1fico que traz duas transforma\u00e7\u00f5es adiab\u00e1ticas e duas transforma\u00e7\u00f5es isot\u00e9rmicas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Acompanhe:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh3.googleusercontent.com\/p-_p4o-Fd_2ytdW4YKCAN4Ij3ci4NL5PpXJ9aTgLqTPZVyeGLl4BxnKZKp7y1YCaAwtBBe2V4jxNpetH4GCd3XRP0morIB0zrPuHTN6n_iDe7lM9xLOENJ1jVEBLQP7751iaYS_g\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Repare, ent\u00e3o, que em transforma\u00e7\u00f5es isot\u00e9rmicas a temperatura \u00e9 sempre constante. J\u00e1 nas transforma\u00e7\u00f5es adiab\u00e1ticas, o calor trocado em determinado trecho \u00e9 nulo.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Segunda Lei da Termodin\u00e2mica<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">O ideal seria que houvesse um m\u00e1quina que conseguisse retirar todo o calor da fonte quente e convert\u00ea-lo exclusivamente em trabalho mec\u00e2nico, sem desperd\u00edcio de energia. Mas isso \u00e9 imposs\u00edvel.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Assim, a Segunda Lei da Termodin\u00e2mica nos diz, em outras palavras, que \u00e9 imposs\u00edvel alcan\u00e7armos o rendimento m\u00e1ximo. Para entendermos melhor, vamos lembrar:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh6.googleusercontent.com\/9o1ZJkG9_iR5bFxDt9vl39WnEbtU6r5IVU0iNbDnobrKDHrq_erVCbOmUpskvsjWP3D2hjq-EGrlCsIXqH8yCUNur-f8yE4QWZ86DRbpmDRDbMO85x5m5ILlq7eITrVmbj_8j3Qw\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para que o rendimento fosse igual a 1, precisar\u00edamos ter que \u03c4 = Q<sub>quente<\/sub>. Mas isso n\u00e3o acontece, porque o calor que vai para a fonte fria nunca \u00e9 nulo (Q<sub>Fria<\/sub> \u2260 0), impossibilitando sua convers\u00e3o apenas em trabalho.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Assim, podemos fazer as seguintes afirma\u00e7\u00f5es:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>O rendimento de uma m\u00e1quina t\u00e9rmica <strong>nunca <\/strong>\u00e9 100% (\u03b7 \u2260 1).<\/li><li>Em uma m\u00e1quina t\u00e9rmica, o calor rejeitado para a fonte fria <strong>nunca <\/strong>pode ser nulo (Q<sub>Fria<\/sub> \u2260 0).<\/li><li>A temperatura da fonte fria <strong>nunca <\/strong>chega a zero kelvin (T<sub>F<\/sub> &gt; 0).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Espero que voc\u00ea tenha entendido um pouco melhor sobre m\u00e1quinas t\u00e9rmicas e Ciclo de Carnot. E se quiser ajuda para melhorar seu n\u00edvel de F\u00edsica em outras mat\u00e9rias,\u00a0<a rel=\"noreferrer noopener\" href=\"https:\/\/professorpinguim.com.br\/\" target=\"_blank\"><strong>entre em contato comigo e escolha o curso de F\u00edsica mais adequado para voc\u00ea<\/strong><\/a>!<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Tem d\u00favidas de como funciona a minha plataforma e a minha metodologia de ensino?&nbsp;<strong><a rel=\"noreferrer noopener\" href=\"https:\/\/conteudo.professorpinguim.com.br\/experimente-plataforma\" target=\"_blank\">Clique aqui<\/a>&nbsp;<\/strong>e acesse gratuitamente os m\u00f3dulos de&nbsp;<strong>Cinem\u00e1tica&nbsp;<\/strong>e&nbsp;<strong>\u00d3ptica<\/strong>&nbsp;do meu&nbsp;<strong>&nbsp;SEMIEXTENSIVO exclusivo para FUVEST, UNICAMP, UNESP E UNIFESP.&nbsp;<\/strong>Tenho certeza que vai mudar a sua vida.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/professorpinguim.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/BannerBlog_728x90.png\" alt=\"O atributo alt desta imagem est\u00e1 vazio. O nome do arquivo \u00e9 BannerBlog_728x90.png\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Me acompanhe nas redes sociais: curta a minha&nbsp;<a href=\"https:\/\/www.facebook.com\/professorpinguim\/\"><strong>p\u00e1gina no Facebook<\/strong><\/a><strong>,<\/strong>&nbsp;me&nbsp;siga no&nbsp;<a href=\"https:\/\/www.instagram.com\/professorpinguim\/\"><strong>Instagram<\/strong><\/a><strong>,<\/strong>&nbsp;se inscreva no&nbsp;<a href=\"https:\/\/www.youtube.com\/c\/PinguimV%C3%ADdeoF%C3%ADsica\/?sub_confirmation=1\"><strong>Youtube<\/strong><\/a>&nbsp;e participe do meu canal oficial no&nbsp;<strong><a href=\"https:\/\/professorpinguim.com.br\/telegram\">Telegram<\/a><\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Essas s\u00e3o as bases para o funcionamento de muitas m\u00e1quinas, de carros \u00e0 combust\u00e3o a usinas nucleares.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":3210,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[197],"tags":[661,660,203,199],"class_list":["post-3207","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-termodinamica","tag-ciclo-de-carnot","tag-maquinas-termicas","tag-segunda-lei-da-termodinamica","tag-termodinamica"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v20.12 - 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