1.3.3 Transferências de energia por calor. Calor e trabalho: Experiência de Joule

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1 Calor e trabalho: Experiência de Joule A experiência de Joule, mostrou que um aquecimento pode ser feito através de dois processos: calor e trabalho. O corpo em queda provoca a rotação das pás dentro de água exercendo forças sobre esta, isto é, realizavam trabalho. A transferência de energia por trabalho provoca um aumento da temperatura da água. A experiência de Joule, permite estabelecer uma equivalência entre calor e trabalho.

2 Calor e trabalho No aquecimento de um líquido pode-se usar calor ou trabalho. Pode-se aquecer a água num fogão, ou seja, através de calor. Agitando a água realiza-se trabalho, que conduz ao seu aquecimento. Ambos os processos permitem o aumento da temperatura da água, ou seja, a sua energia interna aumenta.

3 Transferências de energia por calor Transferência de energia por calor Necessitam de contacto entre os sistemas Não necessita de contacto entre os sistemas Condução Convecção Radiação

4 Transferências de energia por calor Condução térmica Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar. Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas através do contacto direto. Ocorre principalmente nos sólidos.

5 Transferências de energia por calor Convecção térmica Necessita obrigatoriamente de um meio material para se propagar. Transmissão de energia através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes desse meio. Ocorre apenas nos fluidos (gases e líquidos).

6 Transferências de energia por calor Radiação Não necessita de meio material para se propagar. Ocorre através da propagação de luz. Toda a matéria emite radiação.

7 Radiação A transferência de energia por radiação é um fenómeno comum. Exemplos de transferências de energia por radiação.

8 Radiação Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz. Radiação: Energia transferida através da propagação de luz Visível Não visível O Sol é a principal fonte de energia por radiação.

9 Radiação Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz. Quando incide radiação sobre um corpo, a sua energia interna aumenta provocando normalmente o aumento da sua temperatura. A Terra tem uma temperatura média de cerca de 15 C, com poucas oscilações. Isso deve-se à emissão contínua de radiação pelo planeta: em média a energia que a Terra absorve proveniente do Sol, e por unidade de tempo, é praticamente a mesma que emite para o espaço por radiação.

10 Radiação Todos os corpos sem exceção emitem radiação. Aquecimento de uma barra de ferro A B C T A < T B < T C O tipo de radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura.

11 Radiação infravermelha Todos os corpos emitem radiação. À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha. Termograma

12 Radiação infravermelha À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha. Exemplos de aplicações tecnológicas da emissão de infravermelhos: Detetores de infravermelhos Termografia por infravermelhos Termómetros de infravermelhos Visão noturna

13 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção (e emissão) de radiação de um corpo depende da temperatura da sua vizinhança. Arrefecimento de um corpo (num mesmo intervalo de tempo) T corpo > T vizinhança T corpo = T vizinhança Radiação emitida > Radiação absorvida Radiação emitida = Radiação absorvida

14 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos. Uma superfície branca reflete toda a radiação visível, não a absorvendo (embora absorva radiação não visível). As superfícies brancas não absorvem a radiação visível. Corpo branco Mau absorsor de radiação Aquece lentamente Mau emissor de radiação Arrefece lentamente

15 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos. As superfícies pretas absorvem totalmente a radiação visível, aquecendo bastante. Os pavimentos de asfalto e os carros pretos absorvem toda a radiação visível. Corpo preto Bom absorsor de radiação Aquece rapidamente Bom emissor de radiação Arrefece rapidamente

16 Irradiância, E r Permite quantificar a energia que, por unidade de tempo, chega a uma área unitária dessa superfície. E r = E A t E r = P A Unidades SI: J m 2 s 1 Ou W m 2

17 Irradiância Parte da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra. Constante solar 1367 W m 2 Valor da irradiância média no topo da atmosfera. Mapa da irradiância solar para a Europa. O valor da irradiância varia com a localização geográfica e com a época do ano.

18 Painéis fotovoltaicos Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo - a em corrente elétrica. Os painéis fotovoltaicos são compostos por um conjunto de células fotovoltaicas. constituídas por um material semicondutor (geralmente silício). Célula fotovoltaica Painéis fotovoltaicos. Dispositivo que aproveita a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.