6
Parte 1 Conceitos e leis básicas e motores maiores que alimentam navios. Ela também é utilizada para analisar a energia alternativa em usinas hidrelétricas, usinas eólicas e geradores de energia solar. A termodinâmica encontra aplicação na análise de uma infinidade de processos industriais que geram produtos químicos, medicamentos e alimentos. Ela também fornece uma visão geral de como a natureza converte a energia dos alimentos em energia nos animais. A termodinâmica também pode ser utilizada para compreender como a energia solar é convertida em nutrição para a vida das plantas.
1.1.3 C omo os engenheiros utilizam a termodinâmica? A termodinâmica é utilizada por engenheiros que trabalham em grande variedade de áreas, principalmente por engenheiros mecânicos e químicos. Os engenheiros mecânicos são responsáveis pelo projeto, construção e operação de grandes usinas de energia. Eles também projetam motores utilizados em carros, barcos, aviões e navios. Ambos os engenheiros aplicam a termodinâmica no projeto de processos de fabricação para produzir produtos de consumo, farmacêuticos e alimentícios. Os engenheiros, utilizando a termodinâmica, estão desenvolvendo novas fontes de energia para substituir os combustíveis fósseis, que são a principal fonte de poluentes. Eles estão trabalhando nas áreas de energia eólica, hídrica, biocombustíveis, geração de hidrogênio e energia solar, para citar alguns, na tentativa de, eventualmente, desenvolver um sistema de energia sustentável.
1.1.4 Qual é a história da termodinâmica?
Newton
Lei: Desenvolvida a partir da observação direta sob restrições rigorosas.
Os seres humanos têm interesse em termodinâmica desde que a nossa espécie utilizou o fogo para se aquecer e cozinhar alimentos. A partir de aproximadamente 3.000 a.C. a 500 a.C., os cientistas egípcios e, em seguida, os gregos, especularam que a energia do calor era um fluido que eles chamaram de flogisto. O fogo foi um dos elementos básicos da natureza, junto com a terra, o vento e a água. Por volta de 500 a.C., os cientistas gregos estavam debatendo se um vácuo poderia existir ou ser criado. Depois de centenas de anos, os séculos XVII e XVIII viram a transformação da magia primitiva da alquimia para o tema da termoquímica. Nesse período, foram desenvolvidas muitas dessas primeiras leis científicas prevendo como os gases se comportavam. Uma lei é desenvolvida a partir da observação direta e tem restrições rigorosas. Em 1662, foi publicada a lei de Boyle, um caso especial da lei do gás ideal. Em 1802, foram publicadas tanto a lei de Charles como a lei de Guy-Lussac, sendo ambas relacionadas com a lei do gás ideal. O primeiro motor, movido a vapor, foi patenteado em 1769 por James Watt. Em 1824, Sadi Carnot publicou seu trabalho sobre a equivalência de trabalho e calor. Por esse trabalho, ele é conhecido como o “pai da termodinâmica”. A revolução industrial trouxe grandes mudanças na engenharia e na sociedade. Produtos que antes eram feitos em indústrias “caseiras”, como lojas de ferreiros, agora eram fabricados em grandes instalações industriais. Um dos efeitos colaterais desse crescimento industrial foi a necessidade de engenheiros mecânicos que conseguissem projetar e operar os sistemas de potência necessários para alimentar as fábricas.
1.1.5 Qual é o futuro da termodinâmica? Um dos principais problemas que enfrentamos hoje é a disponibilidade cada vez menor de energia utilizável. No século XIX e início do século XX, a energia era prontamente disponível, abundante e barata. A indústria era capaz de prosperar e se expandir, porque as fontes de energia eram abundantes. Hoje, este cenário está mudando. Sabemos que nossas fontes de combustíveis fósseis, especialmente o carvão, o petróleo e o gás natural, são limitadas, e que ficaremos sem elas algum dia.
ERJ_Livro Termodinamica.indb 6
05/08/2015 11:03:22