Quando você usa uma bomba de ar manual para encher os pneus da sua bicicleta,a bomba logo esquenta.por quê ?o que ocorre com a temperatura do ar na bomba quando você o comprime?por que isso ocorre?quando você suspende o punho da bomba para fazer o ar externo entrar nela, o que ocorre com a temperatura do ar que entra?novamente, por que isso ocorre?
Respostas
Explicação:
Ocorre um processo mecânico entre as moléculas e a dinâmica da bomba. Quando comprimimos ou dilatamos algo ou alguma material é retirado ou acrescentado energia no sistema, por analogia energia gera calor que é distribuido em calor absorvido ou calor dissipado, já que pela termodinâmica nenhum sistema cíclico possui 100% de rendimento. Gerando calor o que é aproveitado fornece trabalho e o dissipado aumenta a temperatura do sistema através do efeito jaule. Vamos analisar agora o sistema de uma bomba. Primeiro anexamos um cabo fino ao pneu, que por si só tem justificativa física na estrutura, pela relção de Força e pressão,
P = F/A .
Onde,
P: Pressão atuante (Pa);
F: Força exercida (N);
A: área do material (m²).
O que essa relação nos fornece, que a pressão aumenta à medida que a área diminui sendo proporcional a força e inversamente proporcional a área. Logo, o fato do cabo da bomba ser fino é pra aumentar a força da pressão exercída por um fluído (gás nesse caso). Segundo o a pressão exercida no gás vai fornecer a ele energia interna no sistema, consequentemente fornecendo calor que é dissipado ou absorvido pelo trabalho, pela relação,
ΔU = Q - τ .
Onde,
ΔU: energia interna do sistema (J ou cal);
Q: calor absorvido (J ou cal);
τ: trabalho realizado pelo gás(J ou cal).
Essa relação é conhecida como a primeira Lei da termodinâmica. Podemos ver que, nessa lei temos variavéis que dependem da temperatura do sistema ou influenciam diretamente nessa grandeza, uma delas é o calor absorvido e dissipado. A medida que o gás realiza trabalho ele aproveita o calor absorvido e perde uma parte desse calor dissipando-o em efeito jaule, consequentemente aumentando sua temperatura, pela relação
Q = m.c.ΔT .
Onde,
m: é a massa do corpo (kg ou g);
C: é o calor específico (cal/g.°C);
ΔT: é a variação da temperatura (K ou °C).
Podemos ver então, que se aumentarmos o calor fornecido ou a energia interna do sistema, consequentemente aumentaremos a temperatura, isso explica o do por que a bomba esquenta quando se realiza esse trabalho. Análogamente quando puxamos o ar de volta, nesse processo estaremos diminuindo a pressão no gás e diminuindo o trabalho realizado por ele. logo a temperatura do ar iŕa diminuir aos poucos, devido ao decrécimo gradual na dissipação de calor.
Resposta:
Esse aumento de temperatura está relacionado com a variação de energia interna em um processo adiabático. Em um processo adiabático, não há troca de calor envolvida. Como a compressão da bomba geralmente ocorre de forma muito rápida, podemos aproximar o processo de bombear como um processo adiabático. Da primeira lei da termodinâmica, , sendo
a variação de energia interna,
o calor e
o trabalho. Como não há troca de calor, então a 1ª lei fica:
. Ao comprimir o ar dentro da bomba, o seu volume diminui. Logo, o trabalho do processo é negativo (trabalho realizado sobre o sistema). Portanto, como
, a variação de energia interna
será positiva. Além disso, para um gás ideal, a energia interna é função direta apenas da temperatura do gás. Logo, se a variação de energia interna é
, então a temperatura deve aumentar, isto é,
. Isso explica o aquecimento da bomba quando bombeamos.
Quando suspendemos o punho da bomba, o mesmo raciocínio pode ser aplicado. Contudo, agora o volume está aumentando. Logo, o trabalho será positivo e, com isso, . Isso faz com que a temperatura diminua. Contudo, geralmente a compressão realiza um trabalho maior do que quando suspendemos o punho da bomba (na prática geralmente comprimimos mais do que suspendemos). Por isso, o efeito final é o aumento da temperatura do ar dentro da bomba.