Transmissão de Calor

Transcrição

1 Transmissão de Calor FÍSICA TERMOLOGIA WILD LAGO

2 Condução Térmica Definição: Propagação de calor em que a energia térmica é transmitida de partícula para partícula, mediante as colisões e alterações das agitações térmicas; ressalta-se que não há transporte das partículas; há somente transmissão de energia térmica. 2

3 Condutores Térmicos São aqueles que possuem elevado coeficiente de condutibilidade térmica. Ou seja, são materiais que conduzem calor com facilidade. Ex.: Os metais são excelentes condutores. 3

4 Isolantes Térmicos Ao contrário dos condutores, os isolantes conduzem muito pouco calor e possuem um coeficiente de condutibilidade baixo. Ex.: O ar, a neve 4

5 Equação de Fluxo de Calor Φ= Q = K A(θ1 θ2 ) ΔT L Φ: Fluxo de calor (Cal/s) Q: Quantidade de Calor (Cal) ΔT: Intervalo de Tempo K: Coeficiente de condutibilidade (cal/s cm ºC) A: Seção transversal de área Θ: Temperaturas nas extremidades L: Comprimento do objeto 5

6 Convecção Térmica Definição: A convecção térmica é um processo de transmissão em que a energia térmica é propagada mediante o transporte de matéria, havendo portanto, deslocamento de partículas; logo, a convecção é um fenômeno que só se processa em meios fluidos, ou seja, em líquidos e gases. 6

7 Refrigerador Os refrigeradores retiram o calor de uma região fria e transferem para uma região mais quente. Essa transferência não é espontânea e para que isso ocorra deve haver uma injeção de energia, que é o trabalho do compressor. 7

8 AS BRISAS 8

9 Inversão térmica O fenômeno da inversão térmica consiste no seguinte: o ar situado próximo à superfície, que em condições normais é mais quente que o ar situado bem acima da superfície, tornase mais frio que o das camadas atmosféricas elevadas. Como o ar frio é mais pesado que o ar quente, ele impede que o ar quente, localizado acima dele, desça. Assim, não se formam correntes de ar ascendentes na atmosfera. Os resíduos poluidores vão então se concentrando próximo da superfície. As inversões térmicas são também provocadas pela penetração de uma frente fria, que sempre vem por baixo da frente quente. 9

10 Efeito Estufa O efeito estufa acontece devido a retenção de calor na Terra, um dos principais motivos é a emissão de CO2 que não deixa a radiação sair do planeta. 10

11 Irradiação Térmica Definição: A Irradiação é a transmissão de energia, sem que haja contato físico entre eles. Essa transmissão ocorre por meio dos denominados raios infravermelhos, que são ondas eletromagnéticas. 11

12 Garrafa Térmica Serve para evitar a condução, a convecção e a radiação. Isto é feito da seguinte maneira: A condução e a convecção são evitadas através de uma região de ar rarefeito (o ideal seria vácuo) entre as paredes duplas internas. A radiação é evitada através do espelhamento de suas paredes, tanto internamente quanto externamente. Assim, tenta-se evitar que a energia térmica transite do interior da mesma para o meio externo e vice-versa. 12

13 Estufa de Plantas A luz solar (energia radiante) atravessa as paredes transparentes de vidro e é absorvida por diversos corpos. Posteriormente, esse energia é emitida na forma de raios infravermelhos que não atravessam o vidro (o vidro é um material opaco para os raios infravermelhos). Dessa maneira, o ambiente interno mantém-se aquecido. O mesmo acontece com os coletores de energia solar. 13

14 Aquecedor solar de água 14

15 EXEMPLO 01 Uma placa é atravessada por uma quantidade de calor igual a 3 Kcal em um intervalo de 5 min. Determine o fluxo de calor através dessa palaca em cal/s e em watt. Use 1 cal = 4 J. EXEMPLO 2 Um vidro plano, com coeficiente de condutibilidade térmica de 1, cal/s. Cm. ºC, tem uma área de 10³ cm ² e espessura de 3,66 mm, sendo o fluxo de calor por condução através do vidro de 2kcal/s. Calcule a diferença de temperatura entre suas faces. 15

16 EXEMPLO 3 Uma das extremidades de uma barra de cobre, com 100 cm de comprimento e 5 cm 2 de seção transversal, está situada num banho de vapor d'água sob pressão normal, e a outra extremidade, numa mistura de gelo fundente e água. Despreze as perdas de calor pela superfície lateral da barra. Sendo 0,92 cal/s.cm C o coeficiente de condutibilidade térmica do cobre, determine: a) o fluxo de calor através da barra; b) a temperatura numa seção da barra situada a 20 cm da extremidade fria. 16

17 EXEMPLO 4 Têm-se três cilindros de secções transversais iguais de cobre, latão e aço, cujos comprimentos são, respectivamente, 46 cm, 13 cm e 12 cm. Soldam-se os cilindros, formando o perfil em Y. O extremo livre do cilindro de cobre é mantido a 100ºC e os cilindros de latão e aço a 0ºC. Supor que a superfície lateral dos cilindros esteja isolada termicamente. As condutividades térmicas do cobre, latão e aço valem, respectivamente, 0,92, 0,26 e 0,12, expressas em cal/cm.s.ºc. No regime estacionário de condução, qual a temperatura na junção? 17