Física - Semana 15 a 19 de junho - 3TA

Calor como forma de energia

Como você viu, quando um sistema recebe calor, ele pode se expandir (aumentar de volume) ou absorver essa energia e se aquecer.

Se esse sistema for composto por um pistão com algum gás dentro do cilindro, esse gás poderá se expandir e movimentar o pistão, além de também se aquecer, acumulando parte dessa energia térmica. Como ele acumula energia em si mesmo, ela recebe o nome de energia interna do gás. Tem-se, assim, o princípio da conservação de energia térmica: o calor fornecido a um sistema (Q ) fica acumulado na forma de variação da energia interna (∆U) ou é utilizado para gerar movimento, realizando um trabalho τ (lê-se “tau”), ou gerando deslocamento.

Na linguagem matemática, pode-se escrever:

Q = τ + ∆U

A 1a lei da termodinâmica, Q = τ + ∆U, é o princípio da conservação de energia aplicado à termodinâmica. Define-se a eficiência ou o rendimento (R) de uma máquina como a relação entre o trabalho (τ ) que ela realiza e a quantidade de calor (Q) necessária para isso.

Na linguagem matemática, escreve-se:

R= τ/Q

Exemplo

Uma máquina térmica recebe 2.000 cal e realiza um trabalho de 2.000 J.


Quantas calorias ela armazenou na forma de energia interna?

Inicialmente, devem-se acertar as unidades, pois o trabalho realizado está dado em Joules.

Como 1 cal equivale a 4 J, então 2.000 J são 500 cal.

De acordo com a 1a lei da termodinâmica, Q = τ + ∆U, então: 2.000 = 500 + ∆U.

Logo, ∆U = 1.500 cal.

b) Qual é o rendimento (eficiência) dessa máquina térmica?

Como o rendimento é definido por R= τ/Q , então:

R = 500/ 2.000= 0,25 = 25/ 100 ou 25%.

Exercício:

1) Uma máquina térmica recebe 1.000 cal e realiza um trabalho de 1.000 J.

a) Quantas calorias ela armazenou na forma de energia interna?

2) Qual é o rendimento (eficiência) dessa máquina térmica?