ENERGIA E ASTRONOMIA

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3ª Série

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PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

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Aula 24

• Reconhecer como o princípio da conservação da energia pode ser aplicado às máquinas térmicas.

OBJETIVOS DA AULA

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Sistema de roda dentada e engrenagens.

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MÁQUINAS E PRODUÇÃO

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• Para isso, além de profissionais qualificados, elas precisam de uma fonte de energia que as façam funcionar;
• Por consequência, máquinas funcionam com base na transformação de um tipo de energia em outra.

Trabalho sendo desenvolvido no campo com trator e implemento agrícola. Além do operador, a máquina precisa de uma fonte de energia para realizar a atividade pretendida.

Toda máquina tem como finalidade realizar algum tipo de trabalho: erguer, movimentar, separar, misturar, amassar, etc.;

A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

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Benjamin Thompson (1753-1814), recebeu título de prestígio do Rei George III, da Inglaterra. Com a honraria passou a se chamar “Conde de Rumford”.

Há cerca de 200 anos, o calor era concebido como um fluido invisível que fluía como água de objetos quentes para objetos frios.

Essa ideia do calor como fluido, conhecida como teoria do calórico, foi precursora da lei da conservação da energia.

Mas, no início do século XIX, o inventor e físico anglo-americano, Conde de Rumford, observou uma situação que contraria tal ideia.

Um dos deveres de Rumford, como era diretor de um arsenal militar, era inspecionar os canhões, e foi na fábrica de canhões onde constatou que a fricção entre a broca da furadeira e o canhão gerava aquecimento, tanto no canhão quanto na broca.

A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

Tal constatação de Rumford contrariava a hipótese do calórico, pois segundo tal concepção, �a temperatura de um objeto deveria aumentar �(estaria recebendo calórico) �e do outro deveria diminuir �(estaria cedendo calórico), �o que não procede numa situação de atrito de um objeto com o outro.

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Um dos deveres de Rumford, como diretor do Arsenal, era inspecionar a boca dos canhões.

A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

A partir dessa e outras observações, Conde de Rumford concluiu que o calor não seria uma troca de substância localizada no interior da matéria, mas sim energia que flui em virtude da diferença de temperatura.

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A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

Se liga!

O próximo slide mostra como pode ser enunciada a primeira lei da termodinâmica. Por essa razão, fique atento(a) às explicações e ao comando do(a) professor(a), anote em seu caderno, o enunciado dessa lei.

Hoje conceituamos calor como energia sendo transferida de um lugar para outro, normalmente por meio de colisões moleculares.

Em síntese:

Calor é energia em trânsito

A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

https://pt.wikipedia.org/wiki/Colis%C3%A3o_el%C3%A1stica

Quando a lei da conservação da energia é estendida para incluir o calor, passamos a chamá-la de primeira lei da termodinâmica. Vamos enunciá-la de uma forma geral como:

Quando flui calor para um sistema ou para fora dele, o sistema ganha ou perde uma quantidade de energia igual à quantidade de calor transferido.

A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Em outras palavras, a primeira lei da termodinâmica, estabelece que se adicionarmos a um sistema, ele pode usar essa energia para aumentar sua própria energia interna, ou para realizar trabalho sobre sua vizinhança. Matematicamente:

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A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

Quantidade de calor (J)

Variação da energia interna (J)

Q = 𝜟U + 𝛕

Trabalho realizado (J)

Como vimos, a primeira lei da termodinâmica trata de calor transferido entre sistemas e é associada diretamente ao princípio da conservação da energia. Ao comando do(a) professor(a), escreva em seu caderno, a que se refere a palavra “sistema” no enunciado?

Praticando 1 - A ideia de sistema

Por sistema, queremos nos referir a um grupo bem definido de átomos, moléculas, partículas ou corpos. O sistema pode ser o vapor quente numa máquina térmica, ou pode ser a atmosfera inteira da Terra, ou mesmo o corpo de um ser vivo.

Com base na primeira lei da termodinâmica, responda em seu caderno:

1. Se 100 J de calor foram adicionados a um sistema que não realiza trabalho externo, em quanto se elevará sua energia interna?
2. Se 100 J de calor forem adicionados a um sistema que realiza 40 J de trabalho externo, em quanto se elevará sua energia interna?

Praticando 2

1. 60 J. Obtemos isso, por → Q = 𝜟U + 𝛕

→ 100 = 𝜟U + 40

𝜟U = 100 - 40

𝜟U = 60 J

• 100 J.

O QUE VIMOS?

Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5

Nesta aula, reconhecemos como o princípio da conservação da energia pode ser aplicado às máquinas térmicas.

REFERÊNCIAS

GONÇALVES FILHO, Aurélio. Física: interação e tecnologia. Vol. 3. Aurélio Gonçalves Filho, Carlos Toscano. 2ª ed. – São Paulo: Leya, 2016.

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HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual – tradução Trieste Ricci. – Porto Alegre: Bookman, 2009.

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PARANÁ. Trilha Energia e Astronomia. Secretaria de Estado da Educação. Curitiba, 2023.

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POLITO, Antony M. M. A Construção da estrutura conceitual da Física Clássica. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2016.

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