Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

Grade 10 → Física térmica → Propriedades térmicas da matéria ↓


Motores térmicos e refrigeração


Em nossas vidas diárias, estamos cercados por máquinas e dispositivos que tornam nossas rotinas mais fáceis e confortáveis. Muitos desses dispositivos produzem calor ou utilizam calor, e é essencial entender como eles funcionam. É aqui que o conceito de motores térmicos e refrigeração entra em jogo no estudo das propriedades térmicas da matéria. Vamos mergulhar nesses tópicos fascinantes, entender seus princípios e aprender como eles nos ajudam em nossas vidas diárias.

O que é um motor térmico?

Um motor térmico é uma máquina que converte energia térmica em energia mecânica. O processo envolve a absorção de calor de uma fonte de alta temperatura, convertendo parte dele em trabalho mecânico e, em seguida, liberando o calor restante em um sumidouro de temperatura mais baixa.

Os componentes essenciais de um motor térmico incluem:

  • Fonte de calor: É o reservatório de alta temperatura que fornece o calor. Isso pode ser qualquer coisa como carvão, gasolina ou diesel queimando no motor.
  • Substância de trabalho: É a substância que absorve calor da fonte e realiza trabalho. Por exemplo, vapor, ar ou qualquer fluido.
  • Sumidouro de calor: É um reservatório de baixa temperatura do qual o calor rejeitado é removido. O ambiente circundante frequentemente desempenha esse papel.
fonte de calor -----> [ motor térmico ] -----> trabalho realizado
         ,
         VV
      entrada de calor saída de calor

Exemplos de motores térmicos

1. Motor a vapor

O motor a vapor é uma das formas mais antigas de motor térmico. Ele ferve água para criar vapor, que é usado para mover um pistão ou turbina, produzindo assim trabalho mecânico.

Processo:
1. Água é aquecida em uma caldeira para produzir vapor.
2. O vapor de alta pressão se expande e move um pistão ou gira uma turbina.
3. O vapor perde sua energia ao resfriar e se condensa em água para reutilização.

2. Motor de combustão interna

Motores de combustão interna são comumente encontrados em carros e motocicletas. Combustível (como gasolina ou diesel) é queimado dentro de um cilindro, criando gases de alta pressão que movem um pistão. Este movimento é convertido em movimento rotacional, que alimenta o veículo.

Processo:
1. A mistura ar-combustível é comprimida em um cilindro.
2. Uma faísca inflama o combustível, causando uma explosão.
3. Os gases em expansão empurram o pistão para baixo, realizando trabalho.
4. Os gases de escape são liberados e o ciclo é repetido.

Eficiência térmica de um motor térmico

A eficiência térmica de um motor térmico é uma medida de quão efetivamente ele converte calor em trabalho. É definida como a razão entre o trabalho realizado pelo motor e o calor absorvido da fonte.

Eficiência (η) = (Trabalho Realizado) / (Calor Absorvido da Fonte)

Na prática, todo motor térmico opera entre duas temperaturas: a temperatura da fonte de calor (T H) e a temperatura do sumidouro de calor (T C). A eficiência teórica máxima é dada por:

η = 1 - (T C / T H )

Onde TH e TC devem estar em Kelvin.

O que é refrigeração?

Refrigeração é o processo de remover calor de um reservatório de baixa temperatura e transferi-lo para um reservatório de alta temperatura. O principal objetivo da refrigeração é manter um ambiente frio para preservar alimentos e outros itens perecíveis.

Os componentes fundamentais do ciclo de refrigeração incluem:

  • Compressor: Comprime o gás refrigerante, aumentando sua pressão e temperatura.
  • Condensador: Facilita a troca de calor com o ambiente para resfriar o gás e condensá-lo em líquido.
  • Válvula de expansão: Libera a pressão do refrigerante líquido, permitindo um resfriamento rápido e vaporização parcial.
  • Evaporador: Absorve calor do compartimento do refrigerador e converte o líquido de baixa pressão de volta em gás.
[ Compressor ] ---> [ Condensador ] ---> [ Válvula de Expansão ] ---> [ Evaporador ] 
                                        , 
                                        , 
                                        ,

Exemplos de refrigeração

1. Geladeira

Geladeiras e freezers são eletrodomésticos comuns que utilizam o processo de refrigeração para manter os alimentos frescos e frios. Dentro da geladeira, o refrigerante absorve o calor dos itens armazenados, mantendo a temperatura baixa.

2. Ar condicionado

Os condicionadores de ar resfriam o ar em uma sala absorvendo o calor do interior e liberando-o para o exterior. Os refrigerantes passam por um ciclo de compressão e evaporação para alcançar esse efeito de resfriamento.

Coeficiente de desempenho (COP)

Ao contrário dos motores térmicos, que são julgados por sua eficiência térmica, os sistemas de refrigeração são avaliados por seu coeficiente de desempenho (COP). O COP é a razão entre o calor extraído do reservatório frio e o trabalho de entrada necessário.

COP = (Calor Removido do Espaço Frio) / (Trabalho Realizado pelo Sistema)

Compreendendo conceitos com exemplos visuais simples

Vamos visualizar os conceitos discutidos com um exemplo simples para entender melhor o fluxo de energia e o trabalho em motores térmicos e sistemas de refrigeração.

fonte de calor motor térmico Trabalho realizado saída de calor sumidouro de calor

Conclusão

Em resumo, entender motores térmicos e refrigeração fornece uma visão sobre como convertemos energia térmica em trabalho útil e controlamos temperaturas para várias aplicações. Motores térmicos nos permitem usar energia térmica para realizar trabalho mecânico, enquanto a refrigeração nos permite controlar o ambiente transferindo calor. Esses conceitos são fundamentais em muitos dos dispositivos e máquinas de que dependemos, destacando a importância da dinâmica térmica tanto no avanço tecnológico quanto na conveniência diária.

Compreendendo os princípios básicos desses sistemas, enriquecemos nosso conhecimento sobre como os sistemas de energia funcionam e contribuímos para o desenvolvimento e promoção de soluções energéticas eficientes no futuro.


Grade 10 → 3.3.4


U
username
0%
concluído em Grade 10

← Anterior (3.3.3)
Ponto de Ebulição e Fusão
Próximo (3.4) →
Laws of Thermodynamics

Comentários 



Motores térmicos e refrigeração

https://www.physicsflow.com/g10/3.3.4?pfal=pt