A Máquina Térmica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA - UFRR

CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LUIZ GUSTAVO C. R. SOUZA (2016008353)

Professor: CÁSSIO

MÁQUINA TÉRMICA

RESUMO

A máquina térmica foi uma invenção de grande impacto na produção, fomentando a primeira revolução industrial. O experimento tem como objetivo provar e mostrar o princípio que rege esse mecanismo engenhoso. Para isso, usou-se os conceitos de trabalho e leis dos gases.

OBJETIVO

O experimento tem como objetivo calcular e determinar o trabalho feito pela expansão de um gás. Também há interesse em estudar o experimento da máquina térmica realizado em laboratório.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

A máquina térmica é um mecanismo que busca transformar energia térmica em trabalho mecânico. Como exemplo, um simples experimento que busca apenas deslocar um êmbolo satisfaz a tese. Para isso, é preciso isolar um certa quantidade de gás dentro de um recipiente com êmbolo móvel. Ao aquecer, o gás expande-se e transforma sua energia térmica em energia mecânica e a transfere ao êmbolo que é deslocado. Sendo p, a pressão no êmbolo, a variação do volume, o trabalho realizado é dado por:[pic 1]

[pic 2]

Entretanto, é preciso considerar a atuação da pressão da atmosfera. Logo, para corrigir a equação acima é necessário que:

[pic 3]

Sendo po é a pressão atmosférica mais a pressão exercida que é dado pela força peso dividido pela área da secção transversal.  

ARRANJO EXPERIMENTAL

Figura I

[pic 4]

A imagem mostra que foi utilizado um aquecedor, um cilindro, um recipiente com êmbolo móvel acoplado a um termômetro de precisão e um tipo de barômetro. Também há um peso de 50 gramas. Também foi utilizado um computador com software apropriado para registrar a temperatura e a pressão.

1. Primeiramente, acopla-se o termômetro e o barômetro a um cilindro de 200 mililitros com ar. Agora, inicia-se a medição da pressão atmosférica local e é posto um peso de 50 gramas. Ao mesmo tempo, liga-se o aquecedor até o início da ebulição da água.
2. Após a espera do aquecimento da água, a segunda parte resume-se em mergulhar o cilindro com gás no líquido aquecido. Feito com 50 gramas, deve-se refazer com 100 gramas de peso. Nos dois casos, anota-se a variação do volume registrada no êmbolo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Conseguiu-se um valor para pressão atmosférica bem próximo da realidade, 99,9kPa. Já o êmbolo, encontrou-se 32,5 mm de diâmetro, 0,00082 metros quadrados de área para secção transversal e o mesmo possui 35 gramas de massa. A pressão dentro do êmbolo concentrou-se em 101,0 kPa. Observou-se a variação de 0,000023 metros cúbicos e 0,0000213 metros cúbicos para os pesos de 50 e 100 gramas respectivamente.

Com os dados supracitados e em posse das equações descritas neste relatório. Calculou-se que W1 é 2,321 J (com o peso de 50 gramas) e W2 é 2,162 J (com o peso de 100 gramas).

CONCLUSÃO 

O desfecho do experimento não impressiona devido a sua proporção inócua, mas prova o princípio grandioso que rege as máquinas térmicas. A ideia de transformar energia térmica em energia mecânica revolucionou a produção da indústria, bem como, abriu espaço para os primeiros veículos. O objetivo do experimento foi cumprido, pois conseguiu-se provar com êxito tal princípio fascinante.    

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

HALLIDAY, David. Fundamentos de física. Vol 2. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.