Parque térmicoConstituídos de usinas termelétricas (movimentadas pelo vapor produzido através da queima de combustível). Na verdade, dois terços das usinas geradoras existentes no mundo no início da década de 70 eram acionadas a vapor. Os combustíveis mais comumente empregados em usinas termelétricas são o carvão e o petróleo. Queimados, aquecem a água contida em grandes caldeiras, produzindo vapor com temperatura elevada e alta pressão.
Combustível
Um combustível é qualquer substância que reage com o oxigênio de forma violenta, com produção de calor, chamas e gases. Supõe a liberação de uma energia de sua forma potencial a uma forma utilizável. Em geral se trata de algo suscetível de combustão mas há exceções que se explicam a seguir.
Há vários tipos de combustíveis. Entre os combustíveis sólido incluem-se o carvão, a madeira e a turfa. O carvão se queima em caldeiras para esquentar água que pode vaporizar-se para mover máquinas à vapor ou diretamente para produzir calor utilizável em usos térmicos (calefação). A turfa e a madeira se utilizam principalmente para a calefação doméstica e industrial, embora a turfa se utilizou para a geração de energia nas locomotivas que utilizavam madeira como combustível muito comum no passado.
Entre os combustíveis líquidos, encontram-se o óleo diesel, o querosene ou a gasolina (ou nafta) e o Combustível gasoso, como o gás natural ou os G.L.P. (Gases Liquidificados de Petróleo), representados pelo Propano e o Butano. As gasolinas e até os gases são utilizados para os motor de combustão interna.
Nos corpos dos animais em geral, o combustível principal está constituído por carboidratos, lipídios, proteínas, que proporcionam energia para os músculos, o crescimento e os processos de renovação e regeneração celular.
Impropriamente se chama também combustíveis às substâncias empregadas para produzir energia no reator nuclear no processo de fissão nuclear, quando este processo não é propriamente uma combustão.
Tampouco é propriamente um combustível o hidrogênio, que proporciona grandes quantidades de energia no processo de fusão nuclear, no que se fundem atomicamente dois átomos de hidrogênio para converter-se em um de hélio, com grande liberação de energia. Este meio de obter energia não foi dominado ainda pelo homem (mais que em sua forma mais violenta, a bomba de hidrogênio, conhecida como Bomba H, mas no universo é comum posto que é a fonte de energia das estrelas).
Os combustível fóssil são mesclas de composto orgânicos que se extraem do subsolo com o propósito de produzir energia por combustão. A origem desses compostos são seres vivos que morreram há milhões de anos. Consideram-se combustíveis fósseis ao carvão, procedente de bosques do período carbonífero, o petróleo e o gás natural, procedente de outros organismos.
Combustível
Um combustível é qualquer substância que reage com o oxigênio de forma violenta, com produção de calor, chamas e gases. Supõe a liberação de uma energia de sua forma potencial a uma forma utilizável. Em geral se trata de algo suscetível de combustão mas há exceções que se explicam a seguir.
Há vários tipos de combustíveis. Entre os combustíveis sólido incluem-se o carvão, a madeira e a turfa. O carvão se queima em caldeiras para esquentar água que pode vaporizar-se para mover máquinas à vapor ou diretamente para produzir calor utilizável em usos térmicos (calefação). A turfa e a madeira se utilizam principalmente para a calefação doméstica e industrial, embora a turfa se utilizou para a geração de energia nas locomotivas que utilizavam madeira como combustível muito comum no passado.
Entre os combustíveis líquidos, encontram-se o óleo diesel, o querosene ou a gasolina (ou nafta) e o Combustível gasoso, como o gás natural ou os G.L.P. (Gases Liquidificados de Petróleo), representados pelo Propano e o Butano. As gasolinas e até os gases são utilizados para os motor de combustão interna.
Nos corpos dos animais em geral, o combustível principal está constituído por carboidratos, lipídios, proteínas, que proporcionam energia para os músculos, o crescimento e os processos de renovação e regeneração celular.
Impropriamente se chama também combustíveis às substâncias empregadas para produzir energia no reator nuclear no processo de fissão nuclear, quando este processo não é propriamente uma combustão.
Tampouco pode ser chamado de combustível o hidrogênio no caso do processo de fusão nuclear, no qual se fundem atomicamente dois átomos de hidrogênio para converter-se em um de hélio, com grande liberação de energia. Este meio de obter energia não foi dominado ainda pelo homem (mais que em sua forma mais violenta, a bomba de hidrogênio, conhecida como Bomba H, mas no universo é comum posto que é a fonte de energia das estrelas).
Os combustível fóssil são mesclas de composto orgânicos que se extraem do subsolo com o propósito de produzir energia por combustão. A origem desses compostos são seres vivos que morreram há milhões de anos. Consideram-se combustíveis fósseis ao carvão, procedente de bosques do período carbonífero, o petróleo e o gás natural, procedente de outros organismos.
- [http://www.brasilescola.com/fisica/combustivel.htm Combustível - Brasil Escola]
Categoria:Combustíveis
ja:燃料
ko:연료
simple:Fuel
Década de 70Séculos: Século I a.C. - Século I - Século II
Décadas: 40 50 60 - 70 - 80 90 100
Anos: 70 - 71 - 72 - 73 - 74 - 75 - 76 - 77 - 78 - 79
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Categoria:Século I
Carvão
O carvão é uma substância preta e dura, amplamente utilizada como combustível. Com o coque e o alcatrão de hulha, seus subprodutos, é vital para muitas indústrias modernas. É formado pelos restos soterrados de plantas tropicais e subtropicais, especialmente durante períodos Carbonífero e Permiano. As alterações climáticas registradas no mundo explicam por que o carvão ocorre em todos os continentes, mesmo na Antártida. Os depósitos carboníferos se formaram de restos de plantas acumuladas em pântanos, que se decompuseram, fazendo surgir as camadas de turfa. As emanações de metano provenientes de falhas geológicas de grande profundidade ou exsudações de resevervatórios de hidrocarbonetos alimentam essas regiões pantanosas, trazendo metais como níquel, vanádio, mercúrio e outros como também o enxofre, todos eles oriundos do manto terrestre, fixando-os junto ao carvão. Bactérias retrabalham o metano e outros hidrocarbonetos juntamente com os restos vegetais. A elevação do nível das águas do mar ou o rebaixamento da terra provocaram o afundamento dessas camadas sob sedimentos marinhos, cujo peso comprimiu a turfa, transformando-a, sob elevadas temperaturas, em carvão.
Empregam-se, em geral, dois métodos para determinar a composição dos carvões: a "análise elementar", estabelece as porcentagens totais dos elementos presentes (carbono, hidrogênio, oxigênio, enxofre e nitrogênio); e a "análise aproximada" fornece uma estimativa empírica das quantidades de umidade, cinza e materiais voláteis, e de carbono fixo. Os carvões classificam-se ou ordenam-se de acordo com o seu conteúdo de carbono fixo, cuja proporção aumenta à medida que o minério se forma. Em ordem ascendente, os principais tipos são: linhito, que se desgasta rapidamente, pode incendiar-se espontaneamente e tem baixo valor calorífico; é usado sobretudo na Alemanha e na Austrália; carvão sub-betuminoso, utilizado principalmente em estações geradoras; carvão betuminoso, o tipo mais comum e que, transformado frequentemente em coque tem amplo emprego industrial; o antracito, um carvão lustroso, de combustão lenta, excelente para uso doméstico.
Embora utilizado como combustível, em Gales, na Grã-Bretanha, desde o segundo milênio a.C., o carvão só começou a ser minerado de forma mais ou menos sistemática na Europa por volta do séc. XIII, época em que já era conhecido dos índios norte-americanos. A primeira mina comercial de carvão da América foi aberta em Richmond. EUA (1745), e o antracito era extraído na Pensilvânia por volta de 1970. A revolução industrial ampliou a demanda do miério, que só reduziu no século XX, com a difusão do emprego do petróleo como combustível. As reservas mundiais de carvão são estimadas em cerca de 7 trilhões de toneladas, o suficiente para atender a demanda durante alguns séculos, nas taxas de consumo atuais.
Formação dos Carvões húmicos:
Dá-se a deposição de matéria orgânica numa bacia (no local de formação ou não). De seguida começa a incarbonização externa a uma pequena distância da superfície, na qual se decompõe a matéria orgânica em Carbono e Voláteis, por meio de bactérias anaeróbias que se alimentam de hidratos de carbono. A incarbonização interna vem após os terrenos sofrerem um abatimento ou subsidência, estando assim em condições de maior pressão e temperatura... Nestas condiçõs vai durante largos períodos de tempo: diminuir o tamanho e aumentar a densidade; aumentar a percentagem de carbono por perda de outros componentes; diminuir a concentração de voláteis.
Tipos de carvão:
Carvão vegetal
Carvão mineral: Turfa - Lignito - Antracito - Hulha
categoria:Tipos de rochas
ja:石炭
Petróleo
O petróleo (do latim petrus, pedra e oleum, óleo), no sentido de petróleo bruto, é uma substância oleosa, inflamável, geralmente menos densa que a água, com cheiro característico e coloração que pode variar desde o incolor ou castanho claro até o preto, passando por verde e marrom.
É uma mistura de compostos orgânicos, cujos principais constituintes são os hidrocarbonetos. Os outros constituíntes são compostos orgânicos contendo elementos químicos como nitrogênio, enxofre, oxigênio (chamados genericamente de compostos NSO) e metais, principalmente níquel e vanádio.
O petróleo é um recurso natural não renovável, e também actualmente a principal fonte de energia. Dele extraem-se variados produtos, sendo os principais: benzinas, óleo diesel, gasolina, alcatrão e polímeros plásticos. Já provocou muitas guerras, e é a principal fonte de renda de muitos países, especialmente no oriente médio.
Origem do Petróleo
Teoria Biogênica
O petróleo é o produto da compressão e aquecimento da matéria orgânica depositada junto com os sedimentos. O soterramento progressivo e consequente subsidência dessa matéria orgânica depositada juntamente com os sedimentos marinhos ou lacustres produz a compactação e formação de uma rocha chamada rocha geradora. A matéria orgânica, no estado sólido, presente na rocha geradora é chamada de querogênio. Com o incremento de temperatura, as moléculas do querogênio começam a ser quebradas, gerando compostos orgânicos líquidos e gasosos, em um processo denominado catagênese. Para se ter uma acumulação de petróleo é necessário que, após o processo de geração, ocorra a migração do óleo e/ou gás através das camadas de rochas adjacentes, até encontrar uma rocha selante e uma estrutura geológica que detenha seu caminho, sob a qual ocorrerá a acumulação do óleo e/ou gás em uma rocha porosa e permeável chamada rocha reservatório. Embora objeto de muitas discussões no passado e que ainda continuam na atualidade, essa teoria ainda continua tendo maior aceitação pela comunidade científica ocidental.
Teoria Abiogênica
A idéia da origem abiogênica do petróleo foi conduzida no ocidente pelo astrofísico e astrônomo Thomas Gold, baseado principalmente nas idéias de Nikolai Kudryavtsev. Cálclulos termodinâmicos e estudos experimentais confirmam que n-alcanos (principais constituintes do petróleo) não evoluem espontaneamente nas pressões encontradas em bacias sedimentares e portanto a teoria abiogênica sugere geração profunda (além de 200 km de profundidade).
Segundo esta teoria, o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos primordiais de grande estabilidade termodinâmica, formados a altas pressões e temperaturas no manto da terra. Gases primordiais como metano, hélio e nitrogênio conduzem o petróleo para níveis crustais mais rasos, alojando-se em espaços porosos, sobretudo em rochas sedimentares, constituindo os reservatórios. Os hidrocarbonetos são excelentes nutrientes para bactérias primitivas que vivem no interior da Terra. Essas bactérias contaminam o petróleo com moléculas biológicas chamadas de biomarcadores (biomarkers), além de outros contaminantes também presentes nos sedimentos. Alguns metais, sobretudo níquel e vanádio, mas também cádmio, arsênio, chumbo, mercúrio, platinóides entre outros também estão associados ao petróleo e atestam a origem mantélica. Portanto, esta teoria defende que o petróleo não é um combustível fóssil, como muitos pensam, mas uma substância originalmente inorgânica sobre a qual actuam processos geológicos posteriormente retrabalhados biologicamente.
Associação da ocorrência de petróleo com estruturas profundas
A ocorrência do petróleo encontra-se relacionada a estruturas geológicas profundas na terra, principalmente sobre limites crustais de placas tectônicas (convergentes como subducção ou colisão continental e limites divergentes). Também pode ocorrer sobre áreas onde houve impacto de meteorito, desde que as falhas produzidas pelo impacto atinjam o manto da terra.
Quando se observa a distribuição dos campos de óleo e gás ao longo dos arcos como na Indonésia, Golfo Pérsico, nos Apeninos, Alaska, Arco de Barbados em continuidade a Trinidad & Tobago e Venezuela; na evolução do grande rifte do Atlântico Sul e outras bacias riftogênicas, isto pode ser claramente constatado.
Geologia do Petróleo
Como anteriormente mencionado, o petróleo está associado com grandes estruturas que comunicam a crosta e o manto da terra. Embora muitos geólogos ainda acreditem que o petróleo possa ser formado a partir de substâncias orgânicas procedentes da superfície terreste (detritos orgânicos), isto hoje não faz sentido. Os avanços obtidos na astronomia e astrofísica, na geofísica, cálculos termodinâmicos, estudos de geoquímica da crosta e do manto, estudos oceanográficos entre outros, apontam consistentemente para uma origem abiogênica do petróleo (ver http://www.gasresources.net/DisposalBioClaims.htm).
A aplicação de estudos geológicos na prospeccção de petróleo inclui métodos geofísicos (sísmica, gravimentria, magnetometria, imagens de satélite, etc). O petróleo ou gás são encontrados tanto em terra quanto no mar, principalmente nas bacias sedimentares, mas também em rochas do embasamento cristalino. Os hidrocarbonetos ocupam espaços porosos nas rochas, sejam eles entre grãos ou fraturas. As rochas reservatórios e selantes são estudadas através da sedimentologia, estratigrafia e paleontologia. São efetuados estudos das potencialidades das estruturas acumuladoras (armadilhas ou trapas).
Durante a perfuração de um poço de petróleo, as rochas atavessadas são descritas, pesquisando-se a ocorrência de indícios de hidrocarbonetos. Logo após a perfuração são investigadas as propriedades radioativas, elétricas, magnéticas e elásticas das rochas da parede do poço atavés de ferramentas especiais (perfilagem) as quais também permitem identificar e avaliar a
ocorrência de hidrocarbonetos.
Produtos do petróleo
O petróleo é uma mistura de diversos componentes, em sua grande maioria hidrocarbonetos, que tem pouca aplicação em seu estado natural. Nas refinarias, a separação destes componentes permite a geração de diversos produtos (mais de 350 tipos) com características distintas, o que traz grande utilidade. A destilação é o modo mais comum de se efetuar a primeira fase desta separação. Outros processos podem vir em sequência, dependendo do que se quer separar.
A gasolina é um derivado do petróleo.
Além dos processos de separação, onde as moléculas do petróleo in natura não são modificadas, existem outros que as modificam, como o craqueamento (onde moléculas com grandes cadeias carbônicas são quebradas em cadeias menores) e a reforma (onde o arranjo atômico é modificado, dando nova forma a molécula).
No final de todos estes processos, os produtos derivados de petróleo são obtidos e comercializados. De forma resumida, podemos classificá-los em:
- gases de refinaria - formado em maioria por metano e etano e em geral consumido nas próprias refinarias em função de sua dificuldade de armazenagem (é bastante similar ao gás natural);
- Gás liquefeito de petróleo (gás de cozinha)- formado em maioria por propano e butano; como pode ser facilmente armazenado por se liquefazer a baixas pressões (cerca de 15kgf/cm2), geralmente é envazado e vendido para uso domiciliar;
- PRODUTOS LEVES - gasolinas, querosene e nafta;
- PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS - óleo diesel e alguns óleos lubrificantes
- PRODUTOS PESADOS - óleos combustíveis e alguns lubrificantes, parafina, asfalto, coque e vaselina.
Na destilação encontramos os seguintes componentes :
- De 20 - 60 graus Celsius -> Éter de petróleo
- De 60 - 90 graus Celsius -> Benzina
- De 90 - 120 graus Celsius -> Nafta
- De 40 - 200 graus Celsius -> Gasolina
- De 150 - 300 graus Celsius -> Querosene
- De 250 - 350 graus Celsius -> Gasóleo
- De 300 - 400 graus Celsius -> Óleos Lubrificantes
- Resíduos -> Asfalto, pixe e coque
- Sub produtos -> Parafina e vaselina
Principais países produtores de Petróleo
- Arábia Saudita
- Estados Unidos
- Rússia
- Iraque
- México
- China
- Noruega
- Canadá
- Emirados Árabes Unidos
- Venezuela
- Reino Unido
- Kuwait
- Nigéria
Maiores exportadores de Petróleo
- Arábia Saudita
- Rússia
- Noruega
- Iraque
- Emirados Árabes Unidos
- Venezuela
- Kuwait
- Nigéria
- México
- Argélia
- Líbia
- Brasil
- Note que os Estados Unidos consomem a maior parte do que produzem.
- John Davison Rockefeller
- Fundo petrolífero da Noruega
- Lista de companhias petrolíferas
- Organização dos Países Exportadores de Petróleo
- [http://www.hostgold.com.br/hospedagem_sites/Petr%C3%B3leo Hostgold - Petróleo]
Categoria:Combustíveis
ja:石油
ko:석유
Temperatura
A Temperatura é a propriedade de um sistema que implica as noções comuns de "quente" ou "frio". Em geral a matéria com a temperatura maior é dita mais quente.
A temperatura é devida à transferência da energia térmica, ou calor, entre um e outro sistema. Quando dois sistemas são na mesma temperatura, eles são em equilíbrio térmico e não há transferência de calor. Quando existe uma diferença de temperatura, o calor será transferido do sistema de temperatura maior para o sistema de temperatura menor até atingir um novo equilíbrio térmico. Esta transferência de calor pode acontecer por condução, convecção ou radiação (veja calor para obter mais detalhes sobre os diversos mecanismos de transferência de calor). As propriedades precisas da temperatura são estudadas em termodinâmica. A temperatura tem também um papel importante em muito campos da ciência, entre outros a física, a química e a biologia.
A temperatura está ligada à quantidade de energia térmica ou calor num sistema. Quanto mais se junta calor a um sistema, mais a sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca um abaixamento da temperatura do sistema. Na escala microscópica, este calor corresponde à agitação térmica de átomos e moléculas no sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da velocidade de agitação térmica dos átomos.
Muitas propriedades físicas da matéria como a fase (sólida, líquida, gasosa ou plasma), a densidade,a solubilidade, a pressão de vapor e a condutibilidade elétrica dependem da temperatura. A temperatura tem também um papel importante no valor da velocidade e do grau da reação química. É por isso que o corpo humano possui alguns mecanismos para manter a temperatura a 37º [Celsius|C], visto que uma temperatura um pouco maior pode resultar em reações nocivas à saúde, com conseqüências sérias. A temperatura controla também o tipo e a quantidade de radiações térmicas emitidas pela área. Uma aplicação deste efeito é a lâmpada incandescente, em que o filamento de tungstênio é aquecido eletricamente até uma temperatura onde uma quantidade notável de luz visível é emitida.
A temperatura é uma propriedade intensiva de um sistema, o que significa que ela não depende do tamanho ou da quantidade de matéria no sistema. Outras propriedades intensivas são a pressão e a densidade. Ao contrário, massa e volume são propriedades extensivas e dependem da quantidade de material no sistema.
Unidades de temperatura
A unidade básica de temperatura é o kelvin (K). Um kelvin é rigorosamente definido como os 1/273,16 avos da temperatura do ponto triplo da água (o ponto onde água, gelo e vapor de água coexistem em equilíbrio) . A temperatura 0 K é chamada zero absoluto e corresponde ao ponto onde as moléculas e átomos possuem a menor quantidade possível de energia térmica.
Para aplicações diárias, é sempre conveniente utilizar a escala Celsius, na qual 0º corresponde à temperatura onde a água congela e 100º corresponde ao ponto de ebulição da água ao nível do mar. Nesta escala, a diferença de temperatura de 1 grau é a mesma que 1 K de diferença de temperatura. A escala Celsius é essencialmente a mesma que a escala kelvin, porém com um deslocamento da temperatura de congelamento da água (273,16 K). Assim, a seguinte equação pode ser utilizada para converter Celsius em kelvin.
K = °C + 273.15
Nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit é geralmente utilizada. Nesta escala, o ponto de congelamento da água corresponde a 32ºF e o ponto de ebulição a 212ºF. A seguinte fórmula pode ser utilizada para converter Fahrenheit para Celsius:
°C = 5/9 · (°F - 32)
Outras escalas de temperatura são o Rankine e o Réaumur.
Os fundamentos teóricos da temperatura
Definição da temperatura a partir princípio Zero da termodinâmica
Apesar de todo mundo ter uma compreensão básica do conceito de temperatura, sua definição precisa é um pouco complicada. Antes de pular para a definição precisa, vamos estudar o conceito de equilibro térmico. Se dois sistemas com volume constante são postos em contato térmico, as propriedades de ambos os sistemas podem mudar. Estas mudanças são devidas à transferência de calor entre os sistemas. Quando o estado pára de mudar, o sistema está em equilíbrio térmico. Agora, podemos obter a definição da temperatura a partir do princípio zero da termodinâmica, que diz que se dois sistemas A e B estão em equilíbrio térmico e que um terceiro sistema C é em equilíbrio térmico com o sistema A, então os sistemas B e C estão também em equilíbrio. É um fato empírico, baseado mais sobre a observação do que sobre a teoria. Como A, B e C são todos em equilíbrio térmico, é razoável de pensar que os sistemas têm o valor de uma propriedade em comum. Chamamos esta propriedade de temperatura. Em geral, não é prático pôr dois sistemas em equilibro térmico para verificar se eles são à mesma temperatura. Também, daria só uma escala ordinal. Por isso, é útil estabelecer uma escala de temperatura baseada nas propriedades de um sistema de referência. Um dispositivo de medição pode ser calibrado com as propriedades do sistema de referência e utilizado, depois, para medir a temperatura do outros sistemas. Um tal sistema de referência é uma quantidade fixa de gases. A lei dos gases perfeitos indica que o produto da pressão pelo volume (P.V) de um gás é diretamente proporcional à temperatura:
(1)
onde T é a temperatura, n é o número de mols de gases e R é a constante dos gases perfeitos. Assim, podemos definir uma escala de temperatura baseada sobre o volume e a pressão do gás correspondente. Em prática, um tal termômetro a gás não é muito prático, porém os outros instrumentos podem ser calibrados neste escala. A equação 1 indica que para um volume fixo de gás, a pressão aumenta junto com a temperatura. A pressão é só a medida da força aplicada pelo gás nas paredes do recipiente e é ligada à energia do sistema. Assim, pode-se ver que um aumento da temperatura corresponde a um aumento da energia térmica do sistema. Quando dois sistemas de temperatura diferente são postos em contato térmico, a temperatura do sistema mais quente diminui indicando que o calor esta saindo do sistema, e que o sistema mais frio ganha calor e aumenta em temperatura. Assim, o calor sempre se move da região de alta temperatura para a região de mais baixa temperatura, e é esta diferença de temperatura quem dirige a transferência de calor entre os dois sistemas.
Definição da temperatura a partir do Segundo Príncípio da termodinâmica
No parágrafo anterior a temperatura foi definida a partir Princípio Zero da termodinâmica. É também possíveI de definir a temperatura a partir do Segundo Principio da termodinãmica, que trata da entropia. A entropia é uma medida da desordem num sistema. O Segundo princípio estabelece que qualquer processo leva a uma entropia constante ou maior do universo. Pode ser entendido em termo de probabilidade. Seja uma série de moedas. Uma ordem perfeita é aquela onde todas as moedas apresentam cara ou todas apresentam coroa. Para qualquer número de moeda, existe somente uma combinação que corresponde a esta situação. De um outro lado, há muitas combinações que resultam em sistemas desordenados ou misturados, onde uma parte é cara e o resto é coroa. Com o aumento do número de moedas, aumenta o número de combinações que correspondem a sistemas desordenados. Para um número muito grande de moedas, o número de combinações correspondendo a ~50% coroas e ~50% caras são as mais prováveis, e obter um resultado de 50/50 fica muito mais provável. Assim, um sistema tende naturalmente para o desordem máximo ou entropia máxima.
Nós estabelecemos, primeiro, que a temperatura controla o fluxo de calor entre dois sistemas e acabamos de mostrar que o universo, e podemos supor o mesmo para qualquer sistema natural, tende a atingir sua entropia máxima. Então podemos pensar que existe uma relação entre temperatura e entropia. Para achar esta relação, vamos estudar a relação entre calor, trabalho e temperatura. A máquina térmica é um dispositivo para converter calor em trabalho mecânico e uma análise da máquina térmica de Carnot fornece a relação que procuramos. O trabalho fornecido por uma máquina térmica corresponde a uma diferença entre o calor introduzido no sistema na temperatura maior, gH, e o calor perdido a baixa temperatura, qc. O rendimento é o trabalho executado dividido pelo calor introduzido no sistema ou:
onde Wcy é o trabalho fornecido por ciclo. Vemos que o rendimento depende só de qC/qH. Como qC e qH correspondem à transferência de calor nas temperaturas TC e TH, qC/qH devem ser uma função destas temperaturas:
O teorema de Carnot estabelece que qualquer máquina reversível trabalhando entre os mesmos reservatórios de calor tem o mesmo rendimento. Assim, uma máquina operando entre T1 e T3 deve ter o mesmo rendimento que uma constituída de dois ciclos, um trabalhando entre T1 e T2 e a outro operando entre T2 e T3. Pode só ser verdadeiro se :
o que implica:
q13 = f(T1,T3) = f(T1,T2)f(T2,T3)
Como a primeira função é independente de T2, esta temperatura deve ser cancelada do lado direito significando que f(T1,T3) é da forma g(T1)/g(T3) (significa que f(T1,T3) = f(T1,T2)f(T2,T3) = g(T1)/g(T2)· g(T2)/g(T3) = g(T1)/g(T3)), onde g é uma função de uma só temperatura. Pode-se agora escolher a escala de temperatura por meio da propriedade:
Substituindo a equação 4 na equação 2, obtemos a relação do rendimento em termos de temperatura :
Observamos que para TC = 0 K, o rendimento é 100% e que o rendimento fica maior que 100% abaixo de 0 K. Como uma eficiência maior que 100% é contrária ao primeiro principio da termodinâmica, 0K é então a menor temperatura possível. De fato, a menor temperatura alcançada é 20 nK como relatado em 1985 no NIST. Substraindo o lado direito da equação 5 da parte média e reorganizando, obtém-se:
onde o sinal negativo indica a calor retirado do sistema. Esta relação sugere a existência de uma função de estado, S, definida como :
onde o índice indica um processo reversível. A variação da função num ciclo é zero como é necessário para qualquer função de estado. Esta função é a entropia do sistema como descrito acima. Podemos reordenar a equação 6 para obter a definição da temperatura em termos de entropia e de calor:
Para um sistema, onde a entropia pode ser formulada como uma como função S(E) da energia E, a temperatura é dada por :
O inverso da temperatura é a variação da entropia com a energia.
Medição da temperatura
Muitos métodos foram desenvolvidos para medir as temperaturas. Muitos deles são baseados sobre o efeito da temperatura sobre matérias. Um dos dispositivos mais utilizados para medir a temperatura é o termômetro de vidro. Consiste em um tubo de vidro contendo mercúrio ou um outro líquido. A subida da temperatura provoca a expansão do líquido, e a temperatura pode ser determinada medindo o volume do líquido. Tais termômetros normalmente são calibrados e assim podem mostrar a temperatura simplesmente observando o nível do líquido no termômetro. Um outro tipo de termômetro que não é muito prático mas é importante de ponto de visto teórico é o termômetro de gás. Outros instrumentos de medição da temperatura são:
- Termopares
- Termoresistências
- Termistores
- Pirômetros
Devemos ser prudentes quando medimos a temperatura e verificar que o instrumento de medição está realmente à mesma temperatura que o material a ser medido. Em algumas circunstâncias, o calor do instrumento de medição pode provocar um gradiente de temperatura de tal forma que a temperatura medida seja diferente da temperatura real do sistema. Nestes casos, a temperatura variará não só com a temperatura do sistema mas também com as propriedades de transferência de calor do sistema. Um caso extremo deste efeito é a sensação térmica, onde o tempo parece mais frio no vento que por tempo calmo mesmo quando as condições de temperatura são as mesmas. O que acontece é que o vento aumenta a velocidade de transferência de calor do corpo, tendo como efeito uma grande redução da temperatura do corpo para uma mesma temperatura ambiente.
Escalas de temperatura
- Celsius
:Nota: É comum chamar uma temperatura de temperatura abaixo de zero quando ela é menor que zero na escala celsius.
- Delisle
- Fahrenheit
- Leyden
- Kelvin
- Réaumur
- Rankine
Categoria:Grandezas físicas
ja:温度
ko:온도
th:อุณหภูมิ
Category:431Category:430s
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