CARNEIRO HIDRAULICO
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http://www.deg.ufla.br/site/_adm/upload/file/9_aula%20pratica%209.PDF
A SUPER LUA CHEIA
No sábado de 19/03/2011 tivemos uma super lua cheia. O que significa isso?
O astrônomo alemão Johannes Kepler ( 1571-1630) conhecido por formular as três leis fundamentais da mecânica celeste : As Leis de Kepler, pode nos explicar o fenômeno visto no céu em 19.03 : Uma super Lua Cheia.
A Primeira Lei de Kepler ou Lei das Órbitas nos diz:
” Todo planeta descreve uma órbita elíptica ao redor do Sol, estando este num dos focos da elipse”.
Da figura observamos que a distância do planeta ao Sol varia no decorrer do seu movimento em torno do astro.
O ponto da órbita planetária mais próximo do Sol é denominado de Periélio e o ponto da órbita mais afastado do Sol é denominado de Afélio.
Isso não acontece só com os planetas do sistema solar. Acontece com todo e qualquer corpo de grande massa que possui corpos menores orbitando em seu redor. Como exemplo temos o nosso planeta, a Terra. Orbitando em torno da Terra temos seu satélite natural a Lua e os satélites artificiais colocados pelo homem.
Esses corpos fazem órbitas elípticas em torno da Terra conforme mostra a figura a seguir.
O ponto da órbita lunar mais próximo da Terra é chamado de Perigeu e o ponto da órbita lunar mais afastado da Terra é denominado de Apogeu.
Quando temos Lua Cheia passando no ponto mais próximo da Terra ocorre o fenômeno conhecido como super “lua perigeu” – algo que só acontece a cada 18 anos. O resultado é que, ao nascer no leste, nosso satélite natural estará maior e mais brilhante do que o normal.
Nessa posição (perigeu) a lua está cerca de 50 mil km mais perto da Terra do que do outro lado (apogeu). Para um observador no planeta, as luas perigeu ficam 14% maiores e 30% mais brilhantes.
Comparem os tamanhos da Lua Cheia no perigeu e no apogeu.
No dia 19 de março, a Lua esteve em seu perigeu máximo – 356.577 km de distância. A proximidade foi beneficiada por outra coincidência: para a maior parte do ocidente, ela surgiu no horizonte menos de uma hora após o perigeu. Esse fenômeno aconteceu pela última vez em março de 1993.
Essa proximidade da Lua pode aumentar um pouco as marés.
Quem olhou para o céu dia 19.03.2011 teve o privilégio de observar o fenômeno.
Cleo Figueiredo
FUNCIONAMENTO DE UMA USINA NUCLEAR
Uma das principais utilizações da energia nuclear é a geração de energia elétrica. Usinas nucleares são usinas térmicas que usam o calor produzido na fissão para movimentar vapor de água, que, por sua vez, movimenta as turbinas em que se produz a eletricidade. Em um reator de potência do tipo PWR (termo, em inglês, para reator a água pressurizada), como os reatores utilizados no Brasil, o combustível é o urânio enriquecido cerca de 3,5%.
Isso significa que o urânio encontrado na natureza, que contém apenas 0,7% do isótopo 235U, deve ser processado (‘enriquecido’) para que essa proporção chegue a 3,5% (figura ). Em reatores de pesquisa ou de propulsão – estes últimos usados como fonte de energia de motores em submarinos e navios –, o enriquecimento pode variar bastante. Para a confecção de bombas nucleares, é necessário um enriquecimento superior a 90%.
Figura. Esquema de funcionamento de um reator a água pressurizada
O processo completo de obtenção do combustível nuclear é conhecido como ciclo do combustível e compreende diversas etapas:
i) extração do minério do solo;
ii) beneficiamento para separar o urânio de outros minérios;
iii) conversão em gás do produto do beneficiamento, o chamado yellow cake (ou ‘bolo amarelo’);
iv) enriquecimento do gás, no qual a proporção de 235U é aumentada até o nível desejado;
v) reconversão do gás de urânio enriquecido para o estado de pó;
vi) fabricação de pastilhas a partir da compactação do pó;
vii) e finalmente a montagem dos elementos combustíveis, quando se colocam as pastilhas em cilindros metálicos que irão formar os elementos combustíveis do núcleo do reator.
Atualmente, no mundo, estão em operação 440 reatores nucleares voltados para a geração de energia em 31 países. Outros 33 estão em construção. Cerca de 17% da geração elétrica mundial é de origem nuclear, a mesma proporção do uso de energia hidroelétrica e de energia produzida por gás.
Alguns países desenvolvidos têm seu abastecimento de energia elétrica com um alto percentual de geração nuclear. Entre eles, a França tem 78%, a Bélgica 57%, o Japão 39%, a Coréia do Sul 39%, a Alemanha 30%, a Suécia 46%, a Suíça 40%. Somente nos Estados Unidos, os 104 reatores em funcionamento, que geram 20% da eletricidade daquele país, produzem mais eletricidade que todo o sistema brasileiro de geração elétrica. Além desses reatores, funcionam mais 284 reatores de pesquisa em 56 países, sem contar um número estimado de 220 reatores de propulsão em navios e submarinos.
Na usina nuclear de Fukushima houve um superaquecimento de um dos reatores a princípio ocasionado pelo terremoto. Esse superaquecimento provocou um aumento da pressão interna ocorrendo então um vazamento de vapor radioativo. Esse vapor pode ser levado pelo vento atingindo distância grandes.
Esses vapores radioativos possuem Urânio que é um combustível do reator e por ser um elemento instável sofre um processo de desintegração radioativo até chegar num elemento estável. O quadro a seguir mostra essa desintegração e as partículas altamente energéticas emitidas (radiação α, radiaçãoβ e radiação γ)
Referência:www.cnem.gov.br
TERREMOTO NO JAPÃO PODE TER DESLOCADO EIXO DA TERRA.
O terremoto de 8,9 graus de magnitude na escala Richter que atingiu o Japão na sexta-feira ( 11/03/2011) pode ter deslocado em quase 10 centímetros o eixo de rotação da Terra, segundo um estudo preliminar do INGV (Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia) da Itália.
O INGV, que desde 1999 estudou os diversos fenômenos sísmicos registrados na Itália, como o devastador terremoto da região dos Abruzos de 6 de abril de 2009, explica em uma nota que o impacto do terremoto do Japão sobre o eixo da Terra pode ser o segundo maior de que se tem notícia.
“O impacto deste fato sobre o eixo de rotação foi muito maior que o do grande terremoto de Sumatra de 2004 e provavelmente é o segundo maior, atrás apenas do terremoto do Chile de 1960”, diz o comunicado.
O tremor da sexta foi seguido por ao menos 19 réplicas, algumas delas de magnitude 6,3. Cidades e vilarejos ao longo dos 2.100 quilômetros da costa leste do país foram afetadas por violentos tremores que atingiram até a capital, Tóquio, localizada a 373 quilômetros de distância do epicentro.
A inclinação do eixo da Terra atualmente é de 23,45°. Ela também varia. Uma inclinação menor da Terra significa menor diferença da temperatura das estações do ano; maior inclinação significa maior diferença, ou seja, inverno mais frio e verão mais quente.
A Terra, além de estar inclinada de 23,45°, gira como se fosse um pião, mudando lentamente o ponto no espaço para onde aponta seu eixo. Esse lento movimento recebe o nome de precessão e sua duração é de 26.000 anos. O efeito deste movimento na Terra é muito lento mas o resultado final é que dentro de 13.000 anos o verão no Brasil ocorrerá em junho e o inverno em dezembro. O eixo da Terra estará apontando para a estrela Vega e não mais para a Polaris.
A Terra tem seu eixo de rotação inclinado de aproximadamente 23 graus.(ver figura)
Você não vai notar, mas o dia ficou um pouco mais curto depois do terremoto que atingiu o Japão em 11 de Março de 2011.
O geofísico da NASA, Richard Gross, calculou que a rotação da Terra foi acelerada em 1.6 microssegundos. Isso aconteceu devido ao deslocamento de massa na Terra causado pelo terremoto de 8.9 graus de magnitude ocorrido no Japão em 11 de Março de 2011. Um microssegundo é a milionésima parte do segundo.
Essa mudança na velocidade de rotação é um pouco maior do que a causada pelo grande terremoto do Chile que aconteceu em 2010. Mas o é bem menor que o desvio causado pelo grande terremoto de Sumatra de 2004 que fez com que o dia ficasse mais curto em 6.8 microsegundos. O terremoto do Japão é o quinto maior registrado desde 1900.
Portanto não vai dar para perceber a diferença de tempo na duração do dia, mas ela existe.
CALOR – ENERGIA EM MOVIMENTO
Foi o químico francês Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) quem introduziu o termo calórico, posteriormente, simplesmente calor, para denotar um tipo de fluido trocado entre corpos quando estão em temperaturas diferentes.
Em 1798, o físico inglês Benjamin Thompson, conde Rumford, lançou a idéia de que o calor seria uma forma de energia obtida também pelo trabalho mecânico, mas foi James Prescott Joule ( 1818-1889) que identificou de forma definitiva que calor é energia, estabelecendo inclusive uma equivalência entre as duas grandezas.
A energia térmica que é transferida entre corpos que se encontram em temperaturas diferentes é que se denomina calor. Portanto o termo calor deve ser usado para designar a energia em trânsito que passa de um corpo para outro.
Quando fornecemos calor para um corpo através de uma fonte térmica, por exemplo, os átomos e moléculas do corpo sofrerão um aumento na energia de agitação , que nada mais é que um aumento na energia cinética dessas partículas, consequentemente um aumento na energia interna do corpo elevando sua temperatura.
É errado dizer que um corpo possui calor, ou tem calor.Também não podemos dizer que a temperatura é uma medida do calor que o corpo possui. O que um corpo possui é energia interna que está intimamente relacionada com o grau de agitação das moléculas, e quanto maior for essa agitação mais elevada será sua temperatura. Quando parte dessa energia interna é transferida para outro corpo, essa energia transferida é denominada de calor.
MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
São três os processos de transferência de calor: por condução, por convecção e por radiação.
-Transmissão de calor por condução
A condução é o processo de transferência de calor em que a energia térmica passa de uma partícula para outra partícula mais próxima que passa a vibrar mais intensamente. Essa outra partícula, também passa a vibração para outra sua vizinha e assim sucessivamente, de tal forma que a vibração (energia) caminha pelo material.
Nesse processo não há deslocamento da matéria e sim de energia que passa de uma parte para outra do meio.
Os meios em que esse processo de transferência de calor é acentuado são chamados de bons condutores térmicos ( por exemplo os metais) e os meios em que esse processo é praticamente inexistente são chamados de isolantes térmicos ( por exemplo, isopor, madeira , borracha etc…)
A condução ocorre principalmente em sólidos, mas pode ocorrer também nos líquidos e gases.
Fig- A chama da vela aquece a extremidade da barra
Metálica. A energia passa de uma parte à outra da barra
Por condução. A pessoa que segura a barra , depois de
algum tempo perceberá a elevação de temperatura.
A quantidade de calor que atravessa um condutor, por unidade de tempo, chama-se fluxo de calor (φ) e é calculado por:
Φ = Q/Δt onde,
Q = quantidade de calor
∆t = variação de tempo
A lei que rege esse processo de transmissão de calor foi determinada experimentalmente pelo matemático francês Jean-Baptiste Fourier (1768-1830).
A lei de Fourier diz que a quantidade de calor Q que atravessa uma parede, sob uma diferença de temperatura constante, é diretamente proporcional à área da secção transversal A, à diferença de temperatura (∆Ѳ) entre as regiões separadas pela parede e ao tempo (∆t) de transmissão e inversamente proporcional à extensão atravessada, ou espessura (e) da parede.
Q = k A ΔΘ Δt / e
A constante k, constante de condutividade térmica, diferencia um material de outro em termos de conduzir mais rápido o fluxo de calor. Para os bons condutores de calor a constante k, apresentará um valor maior comparado ao materiais isolantes.
A tabela abaixo mostra a condutividade térmica de algumas substâncias:
Substância | Condutividade ( W/m.K) |
Prata* | 430 |
Cobre* | 400 |
Ouro* | 310 |
Alumínio* | 240 |
Ferro* | 80 |
Chumbo* | 35 |
Gelo** | 2 |
Concreto** | 0,8 |
Vidro** | 0,8 |
Borracha** | 0,2 |
Madeira** | 0,08 |
Água*** | 0,6 |
Ar*** | 0,023 |
* A 25 ºC.
** Valores médios aproximados.
*** A 20oC.
-Transmissão de calor por convecção
Convecção é o processo de transmissão de calor por meio do deslocamento de matéria de um local para outro.
A convecção ocorre principalmente quando diferentes regiões de um fluido estão em temperaturas diferentes. Para que o equilíbrio térmico seja atingido, ocorrerá uma movimentação das moléculas mais quentes (menos densas) para cima e uma movimentação das moléculas mais frias (mais densas) para baixo. Ou seja, as moléculas mais quentes sobem (densidade menor) e as mais frias descem (densidade maior). Essa movimentação é chamada de corrente de convecção.
Um exemplo de aplicação deste tipo de transmissão de calor pode ser visto quando aquecemos água numa panela, através do fornecimento de calor por uma fonte.
O recipiente que contém a água, transmite calor por condução a princípio, para as moléculas de água que estão no fundo do recipiente. Essas moléculas, tornando-se mais quentes, ficam menos densas, e sobem, trocando de lugar com as moléculas de água da parte superior, que estão mais frias, portanto mais densas, e descem.
Veja a animação abaixo mostrando correntes de convecção na água.
http://www.youtube.com/watch?v=-74ODNTGZVU
A brisa marítima e a brisa terrestre podem ser explicadas por correntes de convecção. O motivo do congelador de uma geladeira ficar na parte superior do eletrodoméstico, também é explicado pelas correntes de convecção. Podemos observar outras aplicações da convecção , tais como: aparelhos de ar-condicionado, chaminés etc…
Esse tipo de transmissão de calor só pode ocorrer em fluidos: gases e líquidos, pois nesses estados físicos da matéria pode haver deslocamento da matéria, enquanto no estado sólido isso não é possível.
-Transmissão de calor por radiação
A radiação ou irradiação é a modalidade de transmissão do calor em quer a energia térmica se propaga sob a forma de ondas eletromagnéticas. A radiação térmica , ao contrário da condução e da convecção não necessita de um meio material para se propagar. As ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo com a velocidade de 300.000 km/s ( velocidade da luz no vácuo).
O espectro de uma onda eletromagnética apresenta diversos intervalos de freqüência que classificamos como: raios cósmicos, raios γ, raios X, raios ultravioletas, luz visível, raios infravermelhos, microondas, ondas de rádio e TV.
Das ondas eletromagnéticas, as que se transformam mais facilmente em calor (radiação térmica) são os raios infravermelhos. A radiação térmica não tem direção privilegiada, ela é emitida em todas as direções.
Todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto emitem continuamente radiação eletromagnética (calor) e quanto maior for sua temperatura, maior a quantidade de radiação emitida.
Quando a energia radiante incide sobre um corpo, parte dela é absorvida, parte refletida e parte refratada. A energia absorvida fica no corpo receptor sob forma de energia térmica, aumentando o grau de agitação das moléculas elevando assim a temperatura do corpo.
Os corpos escuros absorvem a maior parte da radiação que neles incide. É por isso que um objeto preto, colocado ao Sol, tem sua temperatura mais elevada comparada a um corpo de cor clara exposto pelo mesmo tempo ao Sol. As cores claras refletem a maior parte da energia radiante incidente. Por isso, no verão devemos usar roupas mais claras e no inverno roupas mais escuras.
Exemplos de aplicabilidade das formas de transmissão de calor:
-Garrafa térmica
A garrafa térmica (garrafa de Dewar) tem como função manter seu conteúdo em temperatura constante um maior tempo possível. Para atingir esse objetivo devemos minimizar as trocas de calor com o meio ambiente.
Dessa forma a garrafa térmica é construída de modo a evitar, tanto quanto possível, a condução, a convecção e a radiação. A condução e a convecção são evitadas através do ar rarefeito ( quase vácuo) entre as paredes e a radiação é evitada pelo espelhamento das paredes internas, fazendo com a radiação eletromagnética seja refletida para dentro do conteúdo.
Nesse dispositivo a intenção é aproveitar o máximo o calor recebido por: condução, convecção e radiação.
A radiação solar atinge uma serpentina de metal onde corre água em seu interior.Essa serpentina é pintada de preto para melhor absorção de calor. Por condução a água no interior do metal se aquece. Por convecção essa porção de água mais quente sobe( menos densa) e é jogada no reservatório. No fundo do reservatório tenho água mais fria (mais densa) que desce , passa pela serpentina e é aquecida . Assim o processo se repete.
Assim em muita tecnologia criada a favor do homem, as três formas de transmissão de calor são utilizadas.
No próximo artigo falaremos do calor sensível e do calor latente.
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