1.3.3 Transferências de energia por calor

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1 1.3.3 Transferências de energia por calor Adaptado pelo Prof. Luís Perna Calor e trabalho: Experiência de Thompson A experiência de Thompson, concluiu que o calor não podia ser uma substância, devendo antes ser um processo de transferência de energia. 1

2 Calor e trabalho: Experiência de Joule A experiência de Joule, mostrou que um aquecimento pode ser feito através de dois processos: calor ou trabalho. O corpo em queda provoca a rotação das pás dentro do recipiente com água exercendo forças sobre esta, isto é, realizando 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: para aquecer a água podiamos usar calor ou trabalho que são processos que conduzem a um aumento de energia interna. Calor e trabalho: Experiência de Joule 2

3 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, o aumento da sua energia interna. Transferência de energia por calor Necessita de contacto entre os sistemas Não necessita de contacto entre os sistemas Condução Convecção Radiação 3

4 Entre sistemas a temperaturas diferentes a energia transfere-se do sistema com temperatura mais elevada para o sistema a temperatura mais baixa. Como poderá ocorrer essa transferência de energia? A transferência de energia pode ser feita por condução térmica, convecção e radiação. Condução térmica Necessita obrigatoriamente de um meio material para se propagar. Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas através do contacto direto. Ocorre principalmente nos sólidos. 4

5 Condução térmica A transferência de calor por condução térmica verifica-se, principalmente nos sólidos. Neste mecanismo não há transporte de matéria, mas apenas interação entre partículas. Esta interação dá-se por colisões, partícula a partícula, em que as de maior energia cinética cedem parte dessa energia às partículas de menor energia. Esta transmissão é comunicada às partículas vizinhas e propaga-se ao longo de todo o sólido ou entre sólidos que estejam em contacto direto. Condução térmica A capacidade de transmissão de energia por condução térmica varia com o tipo de material. Consideremos a seguinte experiência com três barras cilíndricas de diferentes materiais, por exemplo cobre, ferro e vidro mas, com tamanhos iguais e diâmetros iguais, em contacto com uma chama. Na extremidade oposta de cada barra encontra-se um grão de milho envolvido em cera. Será que os grãos caem ao fim do mesmo tempo de aquecimento? 5

6 Condução térmica 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

7 Convecção térmica A convecção é um processo pelo qual o calor é transferido de um local para outro de um fluido. Pode ocorrer como resultado de diferenças de temperatura que originam um movimento de partículas no seio dos fluidos (líquidos e gases) ou por aplicação de uma força motriz externa. O aquecimento dos fluidos provoca um aumento da energia cinética das suas partículas, o que origina uma expansão do fluido e uma consequente diminuição da densidade. Assim, o fluido menos denso (quente) irá subir, obrigando o fluido mais denso (frio) a descer, dando origem a correntes de convecção. Convecção térmica 7

8 Radiação Não necessita de meio material para se propagar. Ocorre através da propagação de luz. Toda a matéria emite radiação. Radiação A radiação é um dos modos de transferência de energia sob a forma de calor. Neste mecanismo a energia encontra-se sob a forma de ondas eletromagnéticas e não necessita de um meio material de suporte para se propagar. A energia solar é transferida do Sol até ao nosso planeta por radiação. 8

9 Atividade Classifique cada uma das afirmações em verdadeira (V) ou falsa (F). A - Apenas há transferência de calor em corpos que estejam em contacto. B - A transferência de calor ocorre, espontaneamente, do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. C - A energia pode ser transferida através de calor ou de trabalho. D - A transferência de calor através da condução térmica não necessita de contacto direto entre os corpos. Atividade Classifique cada uma das afirmações em verdadeira (V) ou falsa (F). SOLUÇÃO A - Apenas há transferência de calor em corpos que estejam em contacto. F B - A transferência de calor ocorre, espontaneamente, do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. V C - A energia pode ser transferida através de calor ou de trabalho. V D - A transferência de calor através da condução térmica não necessita de contacto direto entre os corpos. F 9

10 TPC Fazer os exercícios da página 144 que ficaram por fazer:. 10