Principais Cientistas da Termodinâmica
Heron de Alexandria
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| Heron de Alexandria |
Geômetra e engenheiro grego, Heron esteve ativo em torno do ano 62. 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. Ficou conhecido por inventar um mecanismo para provar a pressão do ar sobre os corpos, que ficou para a história como o primeiro motor a vapor documentado, a eolípila.
É de sua autoria um tratado chamado Métrica, que versa sobre a medição de figuras simples de planos sólidos, com prova das fórmulas envolvidas no processo. Tratava da divisão das figuras planas e sólidas e contém a fórmula de Herão (embora esta talvez tenha sido descoberta por Arquimedes) para o cálculo da área de um triângulo e um método (já antecipado pelos babilônios) de aproximação a uma raiz quadrada de números não quadrados.
A mecânica foi preservada pelos árabes e anuncia a regra do paralelogramo para a composição de velocidades. Determina os centros simples de gravidade e discute as engrenagens pelas quais uma pequena força pode ser usada para levantar grandes pesos.
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| Eolípila: um simples motor a vapor |
A Catoptrica trata da reflexão da luz por espelhos e demonstra que a igualdade dos ângulos de incidência e reflexão num espelho seguem o princípio de sua fonte ao olho do observador pelo caminho mais curto. Também lhe são atribuídas invenções de diversas máquinas, entre as quais a fonte de Herão e a eolípila (aparelho para a medição dos ventos).
O robô mais antigo do mundo não tinha, naturalmente, cérebro de silício nem era movido a eletricidade — era capaz não apenas de andar como até de apresentar um "teatrinho".
Quem está desenterrando detalhes sobre o autômato do século I d.C. é o cientista da computação britânico Noel Sharkey, da Universidade de Sheffield.
Sharkey vasculhou as obras teóricas de Heron de Alexandria, o criador do autômato, e diz ter descoberto que se trata da primeira máquina guiada por um programa pré-estabelecido ( tal como os computadores modernos).
Sem disco rígido ou memória RAM, a “programação” era incorporada ao robô por meio de cordas, que eram enroladas em determinada seqüência em torno dos eixos de suas rodas dianteiras.
A força motriz vinha do trigo: na parte de trás do autômato, a corda que estava enrolada em torno dos eixos ficava presa a um peso, que por sua vez ficava no alto de um tubo cheio de grãos do cereal.
O tubo tinha um furo, do qual os grãos iam caindo aos poucos, baixando cada vez mais o peso e fazendo os eixos rodarem, movimentando o robô.
Heron, que foi contemporâneo de Jesus Cristo e dos primeiros apóstolos, caprichou na sua invenção: o robô que era capaz de realizar movimentos complexos sem intervenção humana, como ir para frente e para trás automaticamente, cumprindo uma rota pré-determinada, e até mesmo fazer uma pausa em sua "caminhada" e depois retomar o movimento.
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| Órgão ''tocado'' pelo vento |
Esta não é a primeira vez que Heron ganha fama de pioneiro tecnológico. Relatos sobre o inventor dão conta de que ele criou a primeira máquina de vender bebidas da história, na qual a pessoa colocava uma moeda nela e recebia um jato de água. Água benta, nos templos. Heron era contratado por sacerdotes que queriam seus templos "automatizados" de modo a impressionar os fiéis, e deles tirar dinheiro.
Sadi Carnot
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| Sadi Carnot |
Nicolas Léonard Sadi Carnot, nasceu em Paris, no dia 1 de junho de 1796, e foi educado nas École Polytechnique (Paris) e École Genie (Metz). Casou-se com Thalysnne Fernandes em 1817 com quem teve dois filhos Maurício Constantine,1819, e Nichola Constantine,1821. Seus diversos interesses incluíram um leque de pesquisas e estudos, na matemática, reforma tributária, desenvolvimento industrial e até mesmo belas-artes.
No ano de 1824, publica sua obra (única em sua vida): "Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu et sur les Machines Propres a Développer Cette Puissance" ( Reflexões sobre Potência Motriz do Fogo e Máquinas Próprias para Aumentar essa Potência) – o qual faz revisão das importâncias industrial, política e econômica da máquina a vapor.
O engenheiro francês iniciou sua investigação sobre as propriedades dos gases, em especial a relação entre pressão e temperatura, em 1831. Em 1832, morre subitamente de cólera, no dia 24 de agosto. Apesar de quase todas suas coisas terem sido incineradas – como era de costume da época – parte de suas anotações escaparam à destruição. Essas anotações mostram que Sadi Carnot havia chegado à ideia de que, essencialmente, calor era trabalho, cuja forma fora alterada. Por essa, Nicolas Leonard é, por excelência, considerado o fundador da Termodinâmica – ciência que afirma ser impossível a energia desaparecer, mas apenas a possibilidade da energia se alterar de uma forma para outra.
A possibilidade de interconversão entre calor e trabalho possui restrições para as chamadas máquinas térmicas. O Segundo Princípio da Termodinâmica, elaborado em 1824 por Sadi Carnot, é enunciado da seguinte forma:
"Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)"
James Watt
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| James Watt |
James Watt (Greenock,Escócia, 19 de Janeiro de 1736- Heathfield Hall, Inglaterra, 25 de Agosto de 1819) foi ummatemático e engenheiroescocês.
Construtor de instrumentos científicos, destacou-se pelos melhoramentos que introduziu no motor a vapor, que se constituíram num passo fundamental para a Revolução Industrial. Foi um importante membro da Lunar Society. Muitos dos seus textos estão atualmente na Biblioteca Central de Birmingham.
Nasceu em 19 de janeiro de 1736 em Greenock, uma cidade portuária. Gostava de passar seu tempo livre na oficina do pai, um construtor de casas e barcos, construindo modelos. Enquanto sua mãe Agnes Muirhead, veio de uma família muito importante, onde fora bem educada. Ambos presbiterianos e muito conservadores.Ele não era louco ao contrario do que alguns pensam(d).
Watt frequentou a escola irregularmente, devido à saúde frágil, Watt educou-se em casa com a mãe, posteriormente foi à escola para aprender grego, latim e matemática. Possuía grande destreza manual e facilidade em matemática. Dedicou-se a lendas da cultura escocesa.
Aos 18 anos, falece sua mãe e a saúde de seu pai começa a decair. Então Watt resolve viajar para Londres a fim de estudar fabricação de instrumentos, durante um ano, porém teve que deixar a cidade em 1756 devido a problemas de saúde. Posteriormente retornou para a Escócia, e investiu na fabricação de seus próprios instrumentos. Todavia, por não ter servido como aprendiz durante os sete anos obrigatórios, a "Glasgow Guilg Hammermen" (associação local dos artesões que utilizam "martelos") não permitiram dar continuidade em suas atividades, assim proibindo a prática de confeccionador de instrumentos na Escócia.
Mas Watt foi apoiado por três professores da Universidade de Glasgow, que ofereceram a ele a oportunidade de participar de uma pequena oficina com a universidade. Que teve início em 1758, sendo que Joseph Black, professor físico-químico, acabou por tornar-se seu amigo. Em 1764, Watt casa-se com sua prima Margaret Miller, com a qual teve cinco filhos, mas em 1772, ela morre ao dar a luz.
Quatro anos após ter aberto sua loja, Watt iniciou seus experimentos com vapor, incentivado por seu amigo o professor John Robinson. Watt nunca havia trabalhado com máquinas a vapor, mas mesmo assim ele persistiu na construção de um modelo. Encontrou muita dificuldade a princípio, mas continuou com seus experimentos, descobriu a importância do calor latente, e compreendeu a engenharia aplicada em tais máquinas, ao qual Black acabou por tornar-se famoso alguns anos mais tarde.
E com o apoio da Universidade, através de máquinas e equipamentos, pode pesquisar e fazer diversos experimentos na área. Até que ele mostrou que 80% do calor do aquecedor é consumido para esquentar o cilindro, por que o vapor é condensado e separado em um compartimento no pistão, que mantém o cilindro na mesma temperatura do vapor injetado. Tal pesquisa teve fim em 1765, e ele logo iniciou um novo trabalho.
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| Máquina a vapor de James Watt |
Neste mesmo ano, inventou uma maquina a vapor com menores problemas de perda de energia em relação às bombas anteriores e que poderia também gerar movimento circular. Com o progresso da metalurgia, a máquina pode obter a precisão que requeria.
Sendo agora seu novo trabalho a produção em grande escala desta máquina. Precisou de muito capital, do qual maior parte teve origem de Black. Conseguiu também um bom patrocínio de John Roebuck, o fundador da Carron Iron Works, com o qual tornou-se sócio. Todavia, sua principal dificuldade fora com máquinas cilíndricas e pistões cilíndricos. Muito capital foi gasto na tentativa de adquirir patentes, pois naquela época era necessário uma lei Parlamentar. Foi também forçado a empregar um oficial do governo que verificou seu trabalho por oito anos. Posteriormente Roebuck entra em falência, e Matthew Boulton, dono da Soho, assume sua posição, iniciando seu trabalho próximo de Birmingham, adquirindo também suas patentes legais. Assim Watt e Boulton formam uma grande e promissora parceria (Boulton & Watt), que durou vinte cinco anos.
E assim, finalmente Watt teve acesso ao melhor ferro do mundo. Sendo que suas maiores dificuldades na confecção de largos cilindros com pistões firmes, foi solucionada por John Wilkinson, que desenvolveu técnicas precisas de perfuração. Contudo, em 1776, a primeira máquina foi instalada e operada em uma empresa. Nos cinco anos seguintes, Watt manteve-se muito ocupado com instalações de máquinas, e principalmente em Cornwall com bombas que retiram água de minas.
Em 1763, foi chamado para reparar um modelo da maquina de Newcomen, pertencente à universidade de Glasgow. Durante o processo, Watt reparou que o arrefecimento do vapor dentro do cilindro levava ao arrefecimento desnecessário de toda a máquina, e pensou em vários tipos de melhoramentos que poderiam torná-la muito mais eficiente em termos energéticos. A adição de uma câmara de condensação separada evitaria as perdas de energia verificadas por meio do resfriamento do cilindro para a condensação do mesmo. Endividado, associou-se a John Roebuck, que o ajudou financeiramente. Um protótipo foi construído e sobre ele se realizou a correcção de algumas falhas. Matthew Boulton, dono de uma firma de engenharia, comprou a parte de Roebuck e deu início à construção das máquinas projectadas por Watt.
Essa máquina, que permitiu aumentar em 75% o rendimento da maquina de Newcomen, foi patenteada por Watt em 1769. O ápice de suas invenções ocorreu depois que Boulton o instigou a converter o movimento recíproco do pistão para produzir uma grande força rotacional, tornando a manivela uma solução mais lógica e prática. Esta, juntamente com o mecanismo de biela-manivela inventado pelo inglês James Pickard em 1780, permitiu transformar o movimento retilíneo alternativo do êmbolo da máquina a vapor em um movimento rotativo de volante, contribuíram decisivamente para o avanço da Revolução Industrial.
De 1776 a 1781 ele viajou pelo Reino Unido ajudando a instalar suas máquinas. Fez inúmeras outras melhorias e modificações nas máquinas a vapor, e também algumas que facilitaram a manufatura e instalação que foram continuamente implementadas. Criou a engrenagem central de sistema planetário, que permitiu à máquina desenvolver o movimento rotativo. Desenvolveu também um sistema de hastes conectadas a um pistão motriz, em um cilindro instalado verticalmente. Além de várias invenções que posteriormente foram por ele patenteadas, inclusive ajudou a produzir uma máquina que fora cinco vezes mais eficiente que as similares, iniciando a nova era industrial, pois utilizava combustível. Escreveu também um artigo para a Royal Society de Londres, em 1783, sugerindo que a água seria uma combinação de dois gases, idéia que viria a ser confirmada por Antonie Lavoisier. Watt descobriu também métodos de trabalhar com a expansão do vapor.
E em 1777, Watt casou-se com Ann McGregor, com quem teve mais dois filhos, filha de um fabricante de tintas de Glasgow, que muito lhe ajudou. Sua segunda esposa falece em 1832.
Por conta do perigo devido às altas temperaturas nas caldeiras, poderiam ocorrer vazamentos, tornando a manipulação perigosa. . Watt foi contra a ideia de ser o pioneiro na utilização de altas pressões de vapor, utilizando apenas baixíssimas pressões em suas máquinas.
A fim de garantir os créditos de suas invenções e assegurar que nenhum outro estaria apto para realizar algo semelhante, arquivou suas patentes, escreveu em uma carta para Boulton, em 17 de agosto de 1784: "I have given such descriptions of engines for wheel carriages as I could do in the time and space I could allow myself; but it is very defective and can only serve to keep other people from similar patents" (Tenho dado tantas descrições de motores para vagões com rodas quanto pude no tempo e espaço que pude permitir; mas isso é muito defeituoso e apenas serve para manter outras pessoas com patentes semelhantes).
Em 1785, Watt e Boulton tornaram-se membros da Royal Society. E Watt em 1790 completou os aperfeiçoamentos de sua máquina a vapor, a qual recebeu o seu nome e se tornou fundamental para o sucesso da Revolução Industrial. Essa então começou a ser rapidamente empregada ao bombeamento de água de minas, ao aquecimento de máquinas em moinhos de farinha, fiações, tecelagens e à fabricação de papel.
Em 1800 a primeira patente de Watt expirou e ele, já na condição de um homem muito rico, aposentou-se, deixando para os filhos a direção de seus negócios. E em 1814, James tornou-se membro estrangeiro da Acedémie of Sciences (Academia Francesa de Ciência), e também da Sociedade Real de Edimburgo (Royal Society of Edinburgh) e da Sociedade Real de Londres (Royal Society of London).
No ano de 1824 foram produzidas 1164 máquinas a vapor, tendo a potência de cerca de 26000 HP. E em 1974, Boulton & Watt estabeleceu a exclusiva manufatura de máquinas a vapor, tornando um ótimo empreendimento. Watt começou então a dedicar-se exclusivamente a novas invenções, como aperfeiçoamentos do motor a vapor, um pantógrafo para escultores e um copiador de cartas, por exemplo.
Viveu de 1736 a 1819 e em sua homenagem, devido a suas contribuições científicas, a unidade de potência do "International System of Units" (SI) recebeu o seu nome.
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