Termodinâmica (1) - Calor, trabalho e rendimento
Imagine que você tem alguns livros que precisam ser guardados em uma estante. Para tal tarefa, você precisa aplicar uma força nos livros. Será necessário deslocá-los e guardá-los na estante. Na física, quando temos força e um consequente deslocamento, dizemos que houve a realização de trabalho.
Q = τ + Δ U
Sentido horário: τ > 0 → Ciclo motor
Sentido anti-horário: τ < 0 → Ciclo refrigerador
Segunda Lei da Termodinâmica Na natureza, encontramos a energia em diversas formas: energia nuclear, elétrica, mecânica, solar dentre outras, e é possível transformá-las integralmente em calor. Quando lixa uma mesa, através do atrito, você transforma integralmente o trabalho em calor com muita facilidade.
Máquinas térmicas Uma máquina térmica é um equipamento que pode transformar calor em trabalho. Esses aparelhos funcionam entre duas fontes, uma quente e uma fria, e do fluxo de calor da fonte quente para a fonte fria, parte é transformada em trabalho, como esquematizado na figura abaixo.
η = τ Q 1
0 ≤ η < 1
η = 1 - - T 2 T 1
Motores a combustão Historicamente, o primeiro motor desse tipo foi construído em 1867, pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto e foi baseado nas antigas máquinas a vapor. Esse tipo de motor é constituído de duas partes principais, o carburador e o cilindro.
Nos automóveis atuais, o carburador foi substituído pela injeção eletrônica, que é responsável por uma mistura mais eficiente de oxigênio e gasolina. O funcionamento desses equipamentos pode ser resumido em quatro etapas e por isso eles são chamados de motores de quatro tempos. Observe a figura abaixo.
Primeiro tempo, a admissão
A válvula de admissão é aberta e o pistão aspira a mistura de ar e gasolina.
Segundo tempo, a compressão
A válvula de admissão é fechada, e a mistura é comprimida pelo pistão.
Terceiro tempo, a explosão
Quarto tempo, o escape
A válvula de admissão permanece fechada, enquanto que a de escape se abre. Os gases residuais da explosão saem por essa válvula e pelo tubo de escapamento.