AULA 14 TRANSMISSÃO DE CALOR 1- INTRODUÇÃO Neste capítulo estudaremos os três processos de transmissão de calor e a dilatação térmica nos sólidos e nos líquidos. 2- CONDUÇÃO Condução é o processo de transmissão de calor em que a energia se transfere de molécula para molécula sem que elas se desloquem. Obs. A condução não ocorre no vácuo. Como exemplo, temos um bloco de bronze com uma de suas extremidades em contato com o fogo. O calor atravessa esse bloco de molécula para molécula. 3- CONVECÇÃO Convecção é o processo de transmissão de calor, no qual a energia se transfere junto com as massas fluidas que trocam de posições devido às suas diferentes densidades provocadas pelas diferenças de temperatura. Obs. A convecção não ocorre no vácuo nem nos meios sólidos. Como exemplo, temos o ar-condicionado de uma sala, instalado na parte superior. O aparelho está instalado na parte superior, para favorecer a convecção do ar. O ar que sai do aparelho está frio (mais denso) e por isso desce, já o ar que está na sala, em sua volta, está mais quente (menos denso) que o que sai do aparelho e por isso ele sobe. Esse sobe e desce das massas de ar, devido as diferentes temperaturas, é o que chamamos correntes de convecção. 4- RADIAÇÃO OU IRRADIAÇÃO Radiação é o processo de transmissão de calor em que a energia se transfere de um local para outro através de ondas eletromagnéticas. Obs. Ocorre no vácuo e em meios materiais.
Como exemplo, temos o calor que recebemos diariamente aqui na terra, vindo do sol. As ondas de calor emitidas pelo sol são eletromagnéticas e por isso não exigem meios materiais para se propagarem. 5- FLUXO DE CALOR (φ) Observe que esta barra de bronze está sendo atravessada por um fluxo de calor. O fluxo de calor representa a quantidade de calor que atravessa esta barra na unidade de tempo. Experimentalmente verificou-se que o fluxo depende do material que constitui esta barra, pois, há materiais mais condutores de calor e outros menos condutores. A condutibilidade térmica (C) é característica de cada material. Verificou-se ainda, que o fluxo era diretamente proporcional à área de secção transversal (A) desta barra, à diferença entre as temperaturas ( θ) das faces opostas e inversamente proporcional ao comprimento da barra (e). 6- DILATAÇÃO TÉRMICA NOS SÓLIDOS Quando um corpo sólido sofre uma alteração em sua temperatura, suas dimensões se alteram. A essa alteração de dimensões chamamos dilatação térmica. Como exemplo, temos um cubo que será aquecido. Veja que ao se dilatar, ele sofre um aumento em suas arestas, na área de cada face e em seu volume. Podemos observar que os sólidos irão sofrer três tipos de dilatação, que estudaremos a seguir.
7- DILATAÇÃO LINEAR OU UNIDIMENSIONAL ( L) A dilatação linear mede o aumento do comprimento do corpo e tem duas definições. Uma definição óbvia que é a diferença entre os comprimentos final e inicial. Uma outra definição obtida experimentalmente verifica que a dilatação linear é diretamente proporcional ao comprimento inicial do corpo e a variação de temperatura sofrida por ele. O coeficiente de proporcionalidade é chamado de coeficiente de dilatação linear ou unidimensional e representado pela letra α. 8- GRÁFICO DA DILATAÇÃO LINEAR Através da ultima equação, verificamos que o comprimento do corpo cresce linearmente com a temperatura. Daí podemos traçar o gráfico abaixo. 9- DILATAÇÃO SUPERFICIAL OU BIDIMENSIONAL ( S) Para definir a dilatação superficial, foram usados conceitos análogos aos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação é bidimensional e, portanto, o coeficiente de dilatação é superficial ou bidimensional e será representado pela letra β.
10- DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA OU CÚBICA OU TRIDIMENSIONAL ( V) Para definir a dilatação volumétrica, também foram usados conceitos análogos aos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação é tridimensional e, portanto, o coeficiente de dilatação é volumétrico ou cúbico ou bidimensional e será representado pela letra γ. 11- RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES α, β e γ A relação entre os coeficientes de dilatação está mostrada a seguir. 12- DILATAÇÃO TÉRMICA NOS LÍQUIDOS Nos líquidos só tem significado o estudo da dilatação volumétrica. Para se estudar a dilatação nos líquidos, devemos colocá-lo num recipiente sólido. Ao aquecermos o conjunto, tanto o líquido quanto o sólido sofrerão dilatação. Então, ao se estudar a dilatação dos líquidos, vamos observar dois tipos de dilatação. A dilatação real, que depende somente do líquido, e a dilatação aparente, que depende do líquido e do recipiente. Abaixo temos um recipiente totalmente cheio de um líquido. Ao se aquecer o conjunto, parte do líquido transborda e a este volume transbordado chamamos dilatação aparente. Como o recipiente também se dilatou, o volume final de líquido dentro do recipiente é maior que o inicial. Então, temos que a dilatação real do líquido é a soma da dilatação do recipiente e a dilatação aparente.
EXERCÍCIOS 1- (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por a) radiação e convecção b) radiação e condução c) convecção e radiação d) condução e convecção e) condução e radiação 2- (FUVEST) Têm-se dois copos, com a mesma quantidade de água, um aluminizado A e outro negro N, que ficam expostos ao Sol durante uma hora. Sendo inicialmente as temperaturas iguais, é mais provável que ocorra o seguinte: a) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual temperatura é maior. b) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante. c) Após uma hora a temperatura de N é maior que a de A. d) De início, a temperatura de A decresce (devido à reflexão) e a de N aumenta. e) As temperaturas de N e de A decresceram (devido à evaporação) e depois cresceram. 3- (UFU-MG) Um orifício numa panela de ferro, a 0 C, tem 5cm 2 de área. Se o coeficiente de dilatação linear do ferro é de 1,2.10-5 C -1, a área desse orifício a 300 C será, em cm 2 : a) 5,018 b) 10,036 c) 10,072 d) 5,036 e) 4,964 5 1 4- (MACKENZIE-SP) À temperatura de 0 C, uma barra metálica A ( αa = 2.10 C ) 5 1 tem comprimento de 202,0mm e outra barra metálica B ( αb = 5.10 C ) tem comprimento 200,8mm. Aquecendo-se essas barras, elas apresentarão o mesmo comprimento à temperatura de: a) 100 C b) 150 C c) 180 C d) 200 C e) 220 C 5- (FATEC) Um fio de cobre de 100m sofre aumento de temperatura de 10 C. O coeficiente de dilatação linear do cobre é 17.10-6 C -1. A variação do comprimento foi de: a) 17mm b) 17cm c) 17m d) 1,7m e) 100,17m 1. D 2. C 3. A 4. D 5. A RESPOSTAS