Ciclos Termodinâmicos

 O círculo da imagem representa um sistema que evolui através de ciclos termodinâmicos.

Um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos termodinâmicos tais que, ao transcurso de todos eles, o sistema regresse a seu estado inicial é um ciclo termodinâmico; ou seja, que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

Não obstante, a variáveis como o calor ou o trabalho não é aplicável a anteriormente dito já que estas não são funções de estado do sistema, senão transferências de energia entre este e seu entorno. Um fato característico dos ciclos termodinêmicos é que a lei da conservação de energia dita que: a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e trabalho realizados pelo sistema.

 

Ciclo de Carnot - Analogia prática

Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática conforme Figura 01: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior.

Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro.

Figura 01

Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro:

• um disco fonte quente com temperatura T_Q.
• um disco fonte fria com temperatura T_F.
• um disco isolante térmico perfeito.

Inicialmente o gás tem um volume específico v₁, como em (1) da Figura 01. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente.

Ao atingir o volume específico v₂ de (2) da figura, retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante.

Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v₃, como em (3) da figura. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica.

Em (4) da figura o gás atinge o volume específico v₄, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v₁, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho.

Uma máquina que opera nessas condições usa ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos.

Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.

Ciclo de Otto

O Ciclo de Otto é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha. Foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel.

Motores baseados neste ciclo equipam a maioria dos automóveis de passeio atualmente. Para esta aplicação, é possível construir motores a quatro tempos mais eficientes e menos poluentes em comparação aos motores a dois tempos, apesar do maior número de partes móveis, maior complexidade, peso e volume, comparando motores de mesma potência.

O modelo ideal

Diagrama Pressão X Volume

O ciclo ideal se constitui dos seguintes processos:

1. Admissão isobárica 0-1.
2. Compressão adiabática 1-2.
3. Combustão isocórica 2-3, expansão adiabática 3-4.
4. Abertura de válvula 4-5, exaustão isobárica 5-0.

A taxa de compressão volumétrica é definida por: .

O rendimento térmico do ciclo reversível é definido por: .

γ representa a razão entre a capacidade térmica à pressão e à volume constantes

Introdução

Iremos falar sobre a biofísica da visão, como enxergamos, anatomia do olho, etc.
Nosso objetivo é explicar esse e outros tópicos através de textos e imagem. Com objetividade, mostraremos a importância da biofísica da visão.

Anatomia do olho

 Os globos oculares estão alojados dentro de cavidades ósseas denominadas órbitas, compostas de partes dos ossos frontal, maxilar, zigomático, esfenóide, etmóide, lacrimal e palatino. Ao globo ocular encontram-se associadas estruturas acessórias: pálpebras, supercílios (sobrancelhas), conjuntiva, músculos e aparelho lacrimal.
 

Cada globo ocular compõe-se de três .túnicas e de quatro meios transparentes:


Túnicas:


1- túnica fibrosa externa: esclerótica (branco do olho). Túnica resistente de tecido fibroso e elástico que envolve externamente o olho (globo ocular) A maior parte da esclerótica é opaca e chama-se esclera, onde estão inseridos os músculos extra-oculares que movem os globos oculares, dirigindo-os a seu objetivo visual. A parte anterior da esclerótica chama-se córnea. É transparente e atua como uma lente convergente.


2- túnica intermédia vascular pigmentada: úvea. Compreende a coróide, o corpo ciliar e a íris. A coróide está situada abaixo da esclerótica e é intensamente pigmentada. Esses pigmentos absorvem a luz que chega à retina, evitando sua reflexão. Acha-se intensamente vascularizada e tem a função de nutrir a retina.


Possui uma estrutura muscular de cor variável – a íris, a qual é dotada de um orifício central cujo diâmetro varia, de acordo com a iluminação do ambiente – a pupila.


A coróide une-se na parte anterior do olho ao corpo ciliar, estrutura formada por musculatura lisa e que envolve o cristalino, modificando sua forma.






Na penumbra (acima) a pupila se dilata; na claridade (abaixo), ela se contrai. Em ambientes mal iluminados, por ação do sistema nervoso simpático, o diâmetro da pupila aumenta e permite a entrada de maior quantidade de luz. Em locais muito claros, a ação do sistema nervoso parassimpático acarreta diminuição do diâmetro da pupila e da entrada de luz. Esse mecanismo evita o ofuscamento e impede que a luz em excesso lese as delicadas células fotossensíveis da retina.


3- túnica interna nervosa: retina. É a membrana mais interna e está debaixo da coróide. É composta por várias camadas celulares, designadas de acordo com sua relação ao centro do globo ocular. A camada mais interna, denominada camada de células ganglionares, contém os corpos celulares das células ganglionares, única fonte de sinais de saída da retina, que projeta axônios através do nervo óptico. Na retina encontram-se dois tipos de células fotossensíveis: os cones e os bastonetes. Quando excitados pela energia luminosa, estimulam as células nervosas adjacentes, gerando um impulso nervoso que se propaga pelo nervo óptico.


A imagem fornecida pelos cones é mais nítida e mais rica em detalhes. Há três tipos de cones: um que se excita com luz vermelha, outro com luz verde e o terceiro, com luz azul. São os cones as células capazes de distinguir cores.


Os bastonetes não têm poder de resolução visual tão bom, mas são mais sensíveis à luz que os cones. Em situações de pouca luminosidade, a visão passa a depender exclusivamente dos bastonetes. É a chamada visão noturna ou visão de penumbra. Nos bastonetes existe uma substância sensível à luz – a rodopsina – produzida a partir da vitamina A. A deficiência alimentar dessa vitamina leva à cegueira noturna e à xeroftalmia (provoca ressecamento da córnea, que fica opaca e espessa, podendo levar à cegueira irreversível).


Há duas regiões especiais na retina: a fovea centralis (ou fóvea ou mancha amarela) e o ponto cego. A fóvea está no eixo óptico do olho, em que se projeta a imagem do objeto focalizado, e a imagem que nela se forma tem grande nitidez. É a região da retina mais altamente especializada para a visão de alta resolução. A fóvea contém apenas cones e permite que a luz atinja os fotorreceptores sem passar pelas demais camadas da retina, maximizando a acuidade visual.

Como enxergamos

Todas as imagens e luz atravessam a córnea, o humor aquoso, a pupila, cristalino e o humor vítreo.


Todos devem estar transparentes para que a luz (imagem) possa chegar até a retina, que serão encaminhadas para o cérebro através do nervo óptico. Em uma situação normal, as imagens se formam sobre a retina. Cada olho recebe e transmite uma imagem, havendo posteriormente a fusão das imagens em uma só.


Para que a imagem seja enxergada corretamente ela deve ser formada na retina, nem antes, nem depois.
Quando uma pessoa tem miopia a imagem se forma antes da retina, por isso quanto mais perto o objeto tiver, melhor ela enxerga.
O contrário acontece com a hipermetropia, neste caso a imagem se forma depois da retina por isso, se o objeto não estiver tão perto é melhor para enxergar.


Anatomia Interna




CÓRNEA


É uma membrana transparente, localizada na frente da íris. Tem como funções permitir a entrada de raios de luz no olho e a formação de uma imagem nítida na retina. Seria como a lente da máquina fotográfica.


CRISTALINO


Lente biconvexa, transparente, flexível, localizada atrás da íris. Sua função é focar os raios de luz para um ponto certo na retina.


COROÍDE


É uma camada intermediária, rica em vasos que servem para a nutrição da retina. A região da retina, responsável pela visão central, chama-se MÁCULA, na qual se localizam os cones.


ESCLERÓTICA


É a parte branca do olho. Sua função é a proteção ocular.

HUMOR VÍTREO


É uma substância viscosa e transparente, que preenche a porção entre o cristalino e a retina.


HUMOR AQUOSO


É um líquido transparente, que preenche o espaço entre a córnea e a íris. Sua principal função é a nutrição da córnea e do cristalino, além de regular a pressão interna do olho.


ÍRIS


Disco colorido com um orifício central. Sua função é controlar a quantidade de luz que entra no olho: ambiente com muita luz faz fechar a pupila; ambiente com pouca luz faz dilatar a pupila. Exerce a função idêntica ao diafragma de uma máquina fotográfica.


NERVO ÓTICO


Faz a ligação entre o olho e o cérebro.


RETINA


Camada nervosa, localizada na porção interna do olho, onde se encontram célula fotoreceptoras( CONES, responsáveis pela visão central e pelas cores, e Bastonetes, responsáveis pela visão periférica e noturna). Sua função é transformar os estímulos luminosos em estímulos nervosos que são enviados para o cérebro pelo nervo óptico. No cérebro essa mensagem é traduzida em visão.


Anatomia Externa

 




PÁLPEBRAS E CÍLIOS


Formam a proteção da parte externa do olho.

ESCLERA

Funciona como protetora da parte importante do olho. É o mesmo orgão visto na anatomia interior, chamado esclerótica.

Comparaçao

Comparaçao do olho humano com a maquina fotografica

Cientistas norte-americanos desenvolveram o protótipo de uma máquina fotográfica que tem um campo de visão muito semelhante ao olho humano e representa mais um passo para criar uma retina artificial, informa esta quinta-feira a revista Nature, de acordo com a Lusa.

O protótipo tem aproximadamente o tamanho e forma de um olho, e uma «retina» curva sensível à luz, segundo a equipa investigadores em ciência de materiais das Universidades de Illinois e Northwestern responsável pelo projecto.
As câmaras convencionais usam lentes curvas para focar imagens numa superfície plana onde a luz é captada por filme ou sensores digitais. Todavia, essa focagem distorce a imagem, sendo necessárias mais lentes para reduzir as distorções, o que aumenta o volume e preço do dispositivo.

Nova tecnologia ajudará a simplificar e a aperfeiçoar o desenho de minicâmaras fotográficas

Em comparação, a visão humana usa uma única lente e não faz distorção porque foca as imagens numa superfície curva na parte de trás do olho. A chave da invenção consistiu em vencer os obstáculos técnicos à colocação de fotodetectores de silicone (píxeis) em superfícies curvas, em vez de planas, o que permitiu obter melhor nitidez de imagem e maior campo visual.
Este material fotossensível só se podia aplicar até agora em superfícies planas por ser muito frágil e não ter flexibilidade suficiente para se curvar. Segundo os cientistas, esta nova tecnologia ajudará a simplificar e a aperfeiçoar o desenho de minicâmaras fotográficas e ser também usado em imagiologia biológica.

Teoria das cores

Sistema de Cores

Os sistemas de cores são tentativas de organizar informações sobre a percepção cromática humana. Pode-se tipificá-los como sistemas de Síntese Aditiva, onde a cor é percebida diretamente a partir da fonte luminosa; ou de Síntese Subtrativa nos quais a cor é percebida a partir do reflexo da luz sobre uma superfície.


 Sistemas Pictóricos


Também conhecidos por sistemas de Síntese Subtrativa, os principais são os que tentam determinar as cores primárias para impressão gráfica ou para as belas artes. Cores primárias seriam um número mínimo de pigmentos a partir dos quais se poderiam obter as demais cores.
O sistema clássico é o utilizado em belas artes, que utiliza como cores primárias o vermelho, azul e amarelo (conhecido também por sua sigla em inglês RYB). Na pintura acadêmica clássica teoricamente as demais cores poderiam ser obtidas através destes pigmentos.
Atualmente as artes gráficas utilizam o sistema CMYK (Ciano, Magenta, Amarelo e Preto). O sistema é baseado nas cores primárias propostas por Goethe (púrpura, azul-celeste, amarelo), convertidas em CMY (ciano, magenta e amarelo), e que foi padronizado pela DINcarece de fontes? com a adição do preto (K) para destacar as sombras, sendo o branco do papel responsável pela ilusão impressa da luz.
A Pantone possui o mais conceituado sistema para cores exatas e também possui um sistema baseado em seis cores primárias, chamado de Pantone Hexachrome.
Um método bastante utilizado para organizar as cores são a chamadas rodas de cores. Podem representar qualquer sistema de cor. A mais famosa delas é a Roda de Oswald baseada no sistema RBY utilizado nas belas artes. O sistema de Chevreul propõe uma esfera onde as matizes e tons estão representadas no equador e um eixo vertical indica o brilho e saturação. Outro exemplo é o sistema esférico de Otto Runge.

Determinaçao da cor dos olhos

Porcentagem de pessoas de olhos claros na Europa.A cor dos olhos é uma característica poligênica e é determinada pelo tipo e quantidade de pigmentos na íris do olho. Os humanos e os animais têm muitas variações fenotípicas na cor dos olhos. Nos olhos humanos, essas variações de cores são atribuída a diversos rácios de eumelanin produzido por melanócitos na íris. O colorido brilhante dos olhos de muitas espécies de aves estão em grande parte determinados por outros pigmentos, como pteridinas, purinas, e carotenóides.
Três elementos principais dentro da íris contribuir para a sua cor: a melanina do epitélio pigmentar da íris, a melanina dentro do estroma da íris e a densidade celular do estroma da íris.Nos olhos de todas as cores, o epitélio pigmentar da íris contém o pigmento preto, chamado de eumelanin. As variações de cor entre os diferentes tipos de íris são normalmente atribuídos à melanina que existe dentro do estroma da íris. A densidade de células dentro do estroma afeta quanto de luz é absorvida pelo pigmento subjacentes do

Defeitos da Visão

Miopia

É uma anomalia da visão que consiste em um alongamento do globo ocular.
Nesse caso há um afastamento da retina em relação ao cristalino, fazendo que a imagem seja formada antes da retina, tornando-a não nítida.
Para o míope, o ponto próximo (ou remoto), que é o ponto onde a imagem é nítida está a uma distância finita, maior ou menor, conforme o grau da miopia.
O míope tem grandes dificuldades de enxergar objetos distantes.
A correção da miopia é feita comumente com a utilização de lentes divergentes. Ela fornece de, de um objeto impróprio (objeto no infinito), uma imagem virtual no ponto remoto do olho. Esta imagem se comporta como objeto para o cristalino, produzindo uma imagem final real exatamente sobre a retina.

Hipermetropia

A hipermetropia é um defeito oposto à miopia, ou seja, aqui existe uma diminuição do globo ocular.


Nesse caso a imagem de objetos próximos é formada além da retina, fazendo aquelas imagens não sejam formadas com nitidez.


A correção desse defeito é possível através da utilização de uma lente convergente. Tal lente convergente deve fornecer, de um objeto real, situado em um ponto próximo do olho, uma imagem que se comporta como objeto real para o olho, dando uma imagem final nítida.

Astigmatismo

Consiste no fato de que as superfícies que compõem o globo ocular apresentam diferentes raios de curvatura, ocasionando uma falta de simetria de revolução em torno do eixo óptico.


A correção é feita com a utilização de lentes cilíndricas capazes de compensar tais diferenças entre os raios de curvatura.

Presbiopia

Anomalia da visão semelhante à hipermetropia, que ocorre com envelhecimento da pessoa, ocasionando o relaxamento dos músculos.


Porém, se a acomodação muscular for muito grande, o presbíope, também terá problemas de visão a longa distância, uma vez que a aproximação do ponto remoto, o problema se torna semelhante ao da miopia.


A correção nesse caso se dá com a utilização de lentes bifocais (convergentes e divergentes).

Estrabismo

Tal anomalia consiste no desvio do eixo óptico do globo ocular, a correção é feita com o uso de lentes prismáticas.