Principais cientistas envolvidos com a invenção da Máquina Térmica

muito se fala nos inventores, a máquina térmica passou por varias transformações passou por varias mãos mais o que se deve destacar foram três inventores sendo eles:

  • Heron de alexandria;
  • James watt;
  • Joule.

Heron de alexandria

Inventor da primeira máquina a vapor de que se tem notícia, Heron de Alexandria é lembrado até hoje por sua inestimável contribuição à geometria.

Inventor e geômetra grego, Heron esteve ativo em torno do ano 62 da era cristã. É especialmente conhecido pela fórmula que leva seu nome e se aplica ao cálculo da área do triângulo. Seu trabalho mais importante no campo da geometria, Metrica, permaneceu desaparecido até 1896. O livro I dessa obra trazia fórmulas para calcular a área de figuras geométricas regulares de 3 a 12 lados, círculos e seus segmentos, elipses e segmentos parabólicos, além de superfícies de cilindros, cones, esferas e segmentos de esferas. Nesse livro é apresentado, também, um método para o cálculo aproximado da raiz quadrada de um número, empregado modernamente em computadores.

Livros de Heron

· Automata (na tradução em árabe) (grego: movendo-se) (lat. D e automatis). Uma coleção de construções chamados milagres (thaumata) para templos. Heron descreve automática objectivos rotação, o ruído como um trovão, as portas de abertura automática. Philon de Byzanz descreve a existência de autômatos em sua sintaxe Mechaniki livro, que inclui aparelhos pneumáticos e dispositivos automáticos de astronomia já em 300 aC.

·  Catoptrica linear geométrica de propagação da luz, a reflexão, o uso de espelhos. Um PDF Arquivo em alemão com referência ao Catoptrica.
· Dioptra (na tradução em árabe) (palavra grega para “um instrumento para ver através de). . Uma coleção de construções para a determinação dos comprimentos de distância. Heron descreve construções semelhantes às Theodolit utilizados para medição de ângulos e outros dispositivos, como o odômetro para medir distâncias.

John F. Brock em Pirâmides de Pitágoras: Inspeção do Egito para a Grécia – 3000 aC a 100 dC dá uma descrição do conteúdo do livro Dioptra Heron:

. 1) e 2) Introdução “a ciência da Dióptrica”.
. 3) e 4) As instruções sobre como construir um instrumento de Dioptra.
5) As instruções sobre como produzir uma pauta para a medição.
. 6) Para observar a diferença de altura entre dois pontos ou se a sua altura é a mesma.
. 7) Para desenhar uma linha reta por Dioptra a partir de um determinado ponto a outro ponto invisível, independentemente da distância entre eles.
8) Para encontrar o intervalo (diabeten pros) horizontal entre dois pontos, um próximo a nós, o outro mais distante, sem abordar a um distante.
9) Para determinar a largura mínima de um rio quando se encontravam no mesmo banco.
10) Para encontrar o intervalo horizontal entre dois pontos distantes, mas visível, e sua direção.
11) Para encontrar uma linha perpendicular na extremidade de uma determinada linha, sem se aproximar tanto a linha ou o seu fim.
12) Para encontrar a altura perpendicular de um ponto visível acima do plano horizontal que passa a nossa posição, sem abordar a questão.
13) (a) Para encontrar a altura perpendicular de um ponto visível acima do outro, sem se aproximar tanto do ponto. (B) Para encontrar a direção de uma linha ligando dois pontos, sem abordá-los.
14) Para determinar a profundidade de uma vala, que é perpendicular à altura do seu piso em relação ao plano horizontal, quer através de nossa posição ou através de qualquer outro ponto.
15) A fim de túnel por meio de uma colina em uma linha reta, onde a boca do túnel são dadas.
16) A pia eixos de um túnel sob uma colina, perpendicular ao túnel.
17) para traçar um muro do porto em um determinado segmento de um círculo entre determinados fins.
18) A colina até o chão em um determinado segmento de uma superfície esférica.
19) A classe do solo em um determinado ângulo, de modo que em um local plano, com a forma de um paralelogramo igual faces suas encostas de gradiente para um único ponto.
20) Para localizar um ponto na superfície acima de um túnel de modo que um eixo auxiliar podem ser irrecuperáveis.
21) Para estabelecer-se com o Dioptra uma determinada distância em uma determinada direção de nós.
22) Para estabelecer-se com o Dioptra uma determinada distância de um outro ponto, paralelas a uma dada linha, sem abordar o ponto de ter a linha em que colocá-la fora.
23) a 30) Os cinco primeiros capítulos referem-se ao Dioptra estabelecendo forma irregular parcelas de terra, enquanto os três restantes explicam como determinar as áreas das figuras.
31) Para medir a descarga ou saída de uma mola.
32) e 33) Descreve como utilizar o Dioptra no modo vertical, para efeitos de observações astronômicas.
34) Este capítulo informa ao leitor sobre o uso de outro instrumento de medição chamado o hodômetro, que tem um dispositivo adaptado para as rodas de um tal transporte que a distância horizontal é avaliado em uma forma muito semelhante a que um carrinho moderna dá à distância

LEWIS, MJT, Instrumentos de exame da Grécia e de Roma, (Cambridge University Press, 2001)

· Metrica (na tradução em árabe) Uma coleção de três livros para a determinação de áreas e volume dos objectivos. Parte 1 considera a área de triângulos e outros polígonos com lados 12/04, Superfícies de pirâmides, cilindros, esferas, etc Parte 2 considera-se o volume da esfera, cilindros, prismas, pirâmides, etc Parte 3 considera a divisão de áreas e volumes em peças. Ele dá um forte método de determinação de que a raiz côvado e calcula a raiz cúbica de 100.
· Pneumatica (Spiritalia) Dois livros, uma coleção de cerca de 80 aparelhos mecânicos, que funcionam com ar, vapor ou pressão hidráulica. Isso inclui um aparelho de extinção do incêndio, autômatos que fornecem água se uma moeda é inserida eo primeiro motor a vapor (Aeolipile). Edition 1899 em grego
· Belopoeica Uma coleção de máquinas de guerra. O manuscrito original tinha nem sobreviver, mas existem cópias manuscritas medievais. 1918 versão em grego
· Mechanica 3 Livros de como mover objetos pesados. Parte 1 fornece a base de estática e dinâmica. Parte 2 mostra 5 máquinas simples. Parte 3 descreve o levantamento de máquinas e pressões.

Outros livros também possível a partir de Heron são

· Geométrica um conjunto de equações e exercícios baseados no primeiro capítulo da Metrica.
· Stereometrica .. Exemplos de três objectivos dimensional baseada no Capítulo Metrica segundo.
· Mensurae . · Objetos que podem ser utilizados para medição baseado Stereometrica e Metrica.
· Cheirobalistra . (Kai summetria kataskeuh xeiroballistrwn.) Uma parte de um léxico de cerca de catapultas.

É Aeolipile Heron (vento ou uma bola de vapor)

Heron, descreveu em detalhes o que é pensado para ser a máquina a vapor de trabalho em primeiro lugar, que obviamente não era muito eficiente. Chamou-o uma aeolipile, ou “bola de vento”. Seu projeto era um caldeirão de água selado foi colocada sobre uma fonte de calor.Como a água fervida, o vapor subiu nos tubos e na esfera oca. O vapor escapou de dois tubos dobrados tomada sobre a bola, resultando em rotação da bola. O aeolipile é o primeiro dispositivo conhecido que poderia transformar num movimento rotativo. A princípio, ele usou em seu design é semelhante ao do Jet Propulsion hoje. Heron não considerou esta invenção seja útil para aplicações cotidianas, mas sim como uma novidade, um brinquedo extraordinário. Com esta máquina a vapor um poderia abrir as portas de um templo. A Quicktime Movie Por que os gregos não consideram esta máquina como uma possibilidade de um motor é a sua baixa eficiência, mas os protótipos, muitas vezes não são eficientes

O motor a vapor só reapareceu em 1698, quando Thomas Savery inventou uma bomba a vapor. A primeira máquina a vapor prática foi a máquina atmosférica de Thomas Newcomen em 1701. Foi usado para operar bombas em minas de carvão. Em 1804, o inventor Inglês Richard Trevithick introduziu a locomotiva a vapor no País de Gales. Em 1815, George Stephenson construiu primeiro do mundo a locomotiva a vapor viável. Um jato movido utilizando o vagão aeolipile apareceu nos livros didáticos no início da evolução da carruagem sem cavalos.

Autômatos “Heron”

Heron descreve o funcionamento dos autómatos variados pássaros. Fragmentos de escritos de Heron foi a primeira das obras grego a ser traduzido.Estes apareceram pela primeira vez na América na obra de Giorgio Valla, publicado em 1501, seguido por traduções completas em latim por vírgula Dini em 1575. A única obra que provocou o maior interesse entre os estudiosos do Renascimento foi a pneumática, que foi traduzido e publicado pela primeira vez por Giovanni Battista Aleotti em 1589 sob o título Gli Artificiosi et Curiosi Moti Spiritali dit Herrone, e na qual o tradutor incorporou algumas idéias de sua autoria Outras versões seguido rapidamente, os mais conhecidos sendo que por Alessandro Giorgi da Urbino de 1592 e 1595.

James Watt

 

James Watt nasceu a 19 de janeiro de 1736, em Greenock, Escócia. Era o sexto de oito irmãos, cinco dos quais morreram na infância. Não era absolutamente uma criança prodígio: muito indolente, gostava de dormir até tarde; tinha saúde fraca e esses fatos (aliados ao carinho um tanto excessivo da mãe) deram origem a um sentimento de timidez e desconfiança em relação à vida. O menino era, além disso, atormentado por terríveis dores de cabeça, que se prolongaram até a idade adulta. Desse modo, muitos eram os dias em que James ficava preso à cama, fechado no quarto.

Para distraí-lo o pai dava-lhe, como brinquedo, diversos instrumentos de navegação, dos quais era hábil e renomado consertador. O garoto teve, portanto, bússolas e sextantes como primeiros brinquedos, e em pouco tempo sabia montá-los e desmontá-los quase de olhos fechados. Essas brincadeiras assumiriam, mais tarde, importância fundamental.

Seus primeiros mestres foram o pai e a mãe. Como não conseguiu freqüentar a escola primária, aprendeu com eles a ler e a escrever, além de rudimentos de aritmética. Mais tarde, por volta dos treze anos de idade, mostrou grande interesse pela matemática e pela arte da navegação. Assim, não fossem as deficiências da saúde e as dores de cabeça (entremeadas por momentos de excepcional lucidez) seria um adolescente tímido, mas perfeitamente integrado na sociedade marítima e mercantil em que vivia.

Aos dezesseis anos James Watt partiu de casa em busca de trabalho; dirigiu-se para Glasgow, onde foi empregado como aprendiz numa fábrica. Não era aquele, porém, o caminho que traçara (queria ser construtor de instrumentos de medida) e, ao fim de três anos, decidiu tentar a sorte em Londres.

Logo de início, teve que se defrontar com a estrutura das corporações, que exigiam uma aprendizagem de sete anos e costumavam recrutar seus aprendizes nas famílias de seus próprios membros. Mas, finalmente, conseguiu empregar-se, com um contrato de um ano. Foi um período difícil: era obrigado a trabalhar dez horas por dia, gastando apenas 10 xelins por semana com a alimentação, para diminuir as despesas do pai. Além disso o clima de Londres, úmido e frio, causou-lhe reumatismo, obrigando-o a abandonar a cidade. De volta a Glasgow, desta vez seguro de sua notável habilidade, decidiu trabalhar por conta própria e abriu uma loja de instrumentos.

No entanto, num ambiente conservador e tradicionalista, como era a sociedade inglesa na metade do século XVIII, não era fácil conseguir fregueses entre gente desconfiada como os técnicos e navegadores; em pouco tempo seus negócios começaram a decair. Isso não representou mal irreparável, porque James conseguira granjear amigos influentes, capazes de apreciar o seu talento. Assim, em 1757 foi admitido, na qualidade de fabricante de instrumentos de medida, na Universidade de Glasgow.

O trabalho na universidade tornou possível seu primeiro encontro com o motor a vapor: certo dia recebeu a tarefa de consertar um modelo do motor de Newcomen (que constituía, no máximo, uma segunda alternativa para a força dos cavalos). Com seu espírito analítico, adquirido nos dias em que brincava de desmontar bússolas e sextantes, conseguiu descobrir os pontos fracos da máquina.

Não era essa, entretanto, a primeira vez que o jovem técnico se interessava pelas características do motor. Dois anos antes ele discutira com seus amigos algumas idéias que achava pudessem servir para melhorá-lo. Tinha tentado, além disso, realizar algumas experiências que, todavia, não deram resultados satisfatórios.

Agora, finalmente, dispunha de um motor e das peças para reconstruí-lo. Era uma ocasião verdadeiramente única, e Watt conseguiu descobrir que, para melhorar seu funcionamento, era necessário elevar a temperatura do vapor, resfriando-o depois bruscamente durante a expansão. Acrescentou então o condensador de vapor e outros artifícios destinados a melhorar o rendimento do engenho.

Depois de todas essas modificações o resultado era muito semelhante ao do motor ainda hoje em uso, com condensador, caixa de distribuição e sistema biela-manivela, para obter o movimento rotativo a partir do alternado.

Watt fazia todas as experiências à noite; durante o dia precisava trabalhar para manter a família, pois seu pai estava reduzido à pobreza, arruinado por empreendimentos infelizes.

Sua única distração era passar o domingo no campo, em companhia de um tio materno e de sua prima, Margaret Miller, com quem se casou em 1764. A mulher deu-lhe quatro filhos e revelou-se companheira admirável, moderando, com seu temperamento alegre, a melancolia e a insegurança do marido, durante os anos em que procuraram o sucesso.

As primeiras experiências de Watt, destinadas a mostrar os méritos do “seu” motor, não foram vitoriosas: os recursos eram escassos e, como a maioria dos inventores, ele não conseguia ordenar os seus negócios. Por quatro anos trabalhou como engenheiro civil e elaborou um projeto para um canal entre Forth e Clyde. A Câmara dos Comuns, entretanto, não aprovou o trabalho. Em 1769 fez um segundo projeto, desta vez para o canal destinado a transportar carvão para Glasgow.

Finalmente encontrou um financiador, na pessoa de J. Roebuck, para a aplicação em larga escala de sua descoberta, mas a sociedade fundada para esse fim faliu em pouco tempo. A combinação com Matthew Boulton, engenheiro de Birmingham, foi, ao contrário, muito mais afortunada. Este conseguiu em 1769 a patente para o motor de Watt e, em 1775, a prorrogação da posse por mais 25 anos. Boulton tornou-se ao mesmo tempo sócio no empreendimento que começava a traçar o caminho do sucesso.

A prova decisiva veio quando uma mina alagada, em Peacewater, foi inteiramente drenada em dezessete dias, enquanto os métodos tradicionais exigiam meses de esforço. Watt propôs também que seu motor fosse utilizado para operar os elevadores subterrâneos; o motor tinha numerosas aplicações, todas elas muito bem pagas pela indústria do carvão. Como o novo aparelho substituía os cavalos, para dar ao comprador, acostumado aos métodos tradicionais, uma idéia de sua capacidade, a potência era expressa pelo número de cavalos que podia substituir. Nasceu desse modo a expressão “horse power”, que em inglês significa potência de cavalos.

Os aperfeiçoamentos no modelo inicial sucederam-se, exigindo novas patentes, em 1781, 1782 e 1784. Outra invenção foi o controlador centrífugo, graças ao qual a velocidade dos motores rotativos foi automaticamente controlada. Esse trabalho é atualmente considerado como uma das primeiras aplicações da realimentação (“feedback”), um elemento essencial para a automação.

Sua primeira patente referia-se a um motor a vapor rápido, poderoso e eficiente; no entanto, era ainda apenas uma bomba a vapor. As invenções seguintes adaptaram-no para funcionar com todo tipo de máquina. Apesar do sucesso comercial, Watt, prudente em considerar as invenções alheias, era muito crítico em relação às suas. Possuía notável carga de simpatia, o que lhe granjeou muitas amizades entre personalidades como Herschel, Shelley e Cavendish. A Royal Society de Londres e a Royal Society de Edimburgo elegeram-no “Fellow” (membro) e a Academia de Ciências da França acolheu-o entre seus membros estrangeiros. Dotado de memória prodigiosa e grande narrador, com sua voz profunda, de marcado sotaque escocês, era a alma das reuniões da Sociedade Lunar, assim chamada porque os “lunáticos” preferiam reunir-se nas noites de lua cheia, para melhor achar o caminho de volta. “Lunática” era também Arme MacGregor, que se tornou sua segunda esposa e que lhe deu dois filhos.

Em 1800, quando expirou sua primeira patente, Watt passou aos filhos a direção de seus negócios, para ocupar-se exclusivamente com novas invenções: aperfeiçoamentos do motor, um pantógrafo para escultores, um copiador de cartas.

Seus últimos anos foram completamente devotados à pesquisa, em sua propriedade de campo em Heathfield Hall, perto de Birmingham, onde morreu a 19 de agosto de 1819.

Alguns dados a mais

A tampa de uma panela com água fervendo começa a pular: é uma máquina a vapor. Pode parecer rústica ao extremo, e realmente é, mas no GIF animado acima você confere o princípio de funcionamento da primeira máquina a vapor prática inventada por Thomas Newcomen em 1712, que não é muito diferente.

O vapor de uma caldeira levanta um pistão, isto nós reconheceríamos de praticamente qualquer motor. Mas a parte que hoje parece bizarra ocorre para que o pistão desça. Água fria é jogada a fim de que o vapor se condense, e o processo se reinicie.

Com o aquecimento e resfriamento do mesmo pistão a cada ciclo, a máquina a vapor era extremamente ineficiente – e foi justamente aperfeiçoando esse projeto que James Watt revolucionou o mundo impulsionando a Revolução Industrial. Mas podemos apreciar a simplicidade da idéia de uma máquina a vapor que é essencialmente uma tampa de panela gigante resfriada com baforadas de água fria a cada ciclo.

motor stirling

Joule


James Prescott Joule nasceu em dezembro de 1818, em Salford, Inglaterra. Era filho de um importante cervejeiro de Manchester, e sempre manifestou interesse pelas máquinas e pela Física. Joule teve contato com grandes físicos como John Dalton que lhe ensinou ciências e matemática.

Joule estudou a natureza da corrente elétrica. Após inúmeros experimentos ele descobriu que, quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre uma transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule (que dá nome a este blog) em sua homenagem.

Interessado pelo estudo do calor, Joule também realizou vários experimentos nesta área, estes o ajudaram a determinar uma relação para a equivalência entre o trabalho mecânico e o calor. O que ajudou na formulação da teoria da conservação da energia (Primeira Lei da Termodinâmica), contribuição que impulsionou o estudo da termodinâmica.

Ele trabalhou com o Físico William Thomson (Lord Kelvin) realizando experimentos termodiâmicos. Juntos chegaram ao efeito Joule-Thomson que relaciona a temperatura e o volume de um gás.

Na época suas teorias eram bem polemicas, pois, acreditava-se que o calor era um fluido chamado “calórico”. Joule propôs uma mudança neste conceito dizendo que, o calor era na verdade uma das formas da energia e que estava ligado ao estado de agitação das moléculas.

A própria ciência sofria várias mudanças. Uma delas diz respeito a responsabilidade social da ciência, foi nesta época que o homem percebeu que a ciência não é apenas uma forma de organização do conhecimento. Outra mudança importante foi com relação a visão do homem em relação a natureza. Antes a ciência se preocupava em explorar a constituição da natureza, mas nesta época, o homem percebeu que podia extrair energia da natureza e transformá-la. Começamos, então, a dominar as fontes de energia da natureza, o vento, a água, o vapor… etc. Todas estas mudanças fazem parte da Revolução Industrial.

Unidade de medida joule

O joule, que tem como símbolo a letra J, é a unidade de medida de energia e trabalho no sistema internacional de unidades. As experiências e, grandes contribuições de James Joule para a Física trouxeram-lhe reconhecimento. Joule morreu em outubro de 1889 em Sale, Inglaterra, e após sua morte, foi feita esta homenagem.
Um joule pode ser definido como, o trabalho necessário para exercer uma força de um newton por uma distância de um metro (N.m). Outra definição para joule é, o trabalho realizado para produzir um watt de energia durante um segundo (W.s).

Experimento de Joule

A temperatura de um corpo pode ser aumentada de várias maneiras. Neste estudo nos interessam as seguintes:

1. colocando-se em contato com outros corpos de temperatura superior até que se atinja o equilíbrio térmico;

2. executando-se um trabalho mecânico sobre o corpo, ou seja, pelo equivalente mecânico do calor. Exemplos: quando esfregamos as mãos, elas ficam aquecidas; é possível descongelar bifes através de choques com o batedor de carne; observa-se um aquecimento em pregos quando eles recebem marteladas;

O equivalente mecânico do calor – medido por Joule em 1843 – refere-se à relação entre caloria (unidade usual de calor) e joule (unidade de energia mecânica no SI). Para medir essa relação, o cientista considerou que o calor e a energia mecânica tinham a mesma natureza. A experiência que Joule realizou para medir o equivalente mecânico do calor pode ser esquematizada como na figura abaixo:

À medida que os pesos caem, a energia potencial gravitacional é transformada em energia térmica, através do atrito das pás, que giram impulsionadas pela queda dos corpos; as pás agitam a água do recipiente, aquecendo-a. Pelo aumento de temperatura da água, é possível medir a quantidade de calor transferido.

1,0 cal = 4,18 joules

3 Comentários »

  1. aghat Said:

    MuitOo irAdooO
    me ajudou muitooo vlw xD :)

  2. Newton Vieira Said:

    ôtimo trabalho!!!


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