Objeto de Aprendizagem: Máquinas Térmicas

Ricardo Andreas Sauerwein, Inés Prieto Schmidt Sauerwein

Resumo


Neste trabalho apresentamos um objeto de aprendizagem (OA) desenvolvido como material didático de apoio para o estudo de máquinas térmicas em que destacamos os seguintes aspectos: (1) evolução temporal, (2) interação com vizinhança, (3) trocas de energia e (4) capacidade de controle. Estas ênfases são necessárias para enfrentar dificuldades identificadas em sala de aula onde usualmente os processos termodinâmicos são apresentados na forma de diagramas de pressão versus volume (diagramas PxV). O OA simula uma máquina térmica cujo objetivo é redistribuir a energia de três outros subsistemas: dois reservatório térmicos de temperaturas diferentes e um subsistema puramente mecânico. Através de ajustes, o usuário pode fazer com que a máquina opere na forma de qualquer tipo de ciclo, reversível ou irreversível, composto de quatro etapas determinadas pelo tipo de interação da máquina com os subsistemas vizinhos. Em particular o OA pode simular uma máquina térmica operando na forma de um ciclo de Carnot. A interface do OA contém uma animação representativa da máquina térmica operando entre os três subsistemas. Em um painel ao lado da animação é traçado o diagrama PxV de sua substância de trabalho. Em um painel abaixo da animação apresenta-se um gráfico com quatro curvas de variações de energia em função do tempo da substância de trabalho da máquina térmica e dos outros três subsistemas. Através destes painéis gráficos, que são atualizados em sincronia com o movimento da animação, o usuário, pode por exemplo, identificar os instantes em que ocorrem os processos irreversíveis. O OA permite ajustes que podem conduzir à eliminação paulatina das irreversibilidades, de modo que a máquina de Carnot pode ser vista como o caso limite em que toda irreversibilidade foi eliminada ou, usando os variações de energia ao final de cada ciclo, como a máquina mais eficiente. O OA encontra-se disponível em:

- http://www.ufsm.br/mpeac/pub/ras/2011/termociclos.html

- http://www.graxaim.org/pub/ras/2011/termociclos.html (site alternativo)

 


Palavras-chave


Objetos de Aprendizagem; Recursos Digitais e Virtuais sobre o Ensino de Física; Máquinas Térmicas; Processos Irreversíveis

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DOI: https://doi.org/10.5007/2175-7941.2012v29nesp2p812

 


Cad. Bras. Ens. Fís. UFSC, Florianópolis, SC, Brasil - - - eISSN 2175-7941 - - - está licenciada sob Licença Creative Commons
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