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Saiba sobre os processos de propagação de calor: convecção, condução e radiação. Aprenda quais são os bons e maus condutores de calor, como acontece a transferência de calor entre diferentes materiais e como isso afeta a temperatura ambiente. Este documento também discute o papel dos gases de efeito estufa na manutenção da temperatura da terra.
O que você vai aprender
Tipologia: Slides
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Não perca as partes importantes!
O calor se propaga sempre que há diferença de temperatura entre dois ou mais corpos.
Essa propagação ocorre sempre do corpo de maior para o de menor temperatura.
Essa transferência ocorre por três processos
Convecção térmica
Trata-se da transferência de energia térmica (calor) pela matéria em movimento devido à diferença de densidades dessa matéria.
Mais exemplos:
A convecção térmica não ocorre no vácuo, pois necessita de um meio material para se propagar.
O calor é conduzido de um ponto a outro do corpo sem que haja
deslocamento das partículas.
Explicando microscopicamente o fenômeno: a região próxima da chama tem o movimento vibratório de suas moléculas aumentado, adquirindo assim maior energia cinética, que é transferida através de choques às partículas vizinhas, que também aumentam seu movimento vibratório. Através desse transporte de energia, toda a barra é aquecida.
Informações:
A condução não ocorre no vácuo, pois ela precisa de um meio material (com matéria) para se propagar.
Os metais são bons condutores de calor e utilizados na fabricação de aparelhos que permitem aquecer rapidamente outros corpos, principalmente os líquidos. Os metais são excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos “fracamente” ligados, tornando -se livres para transportar energia por meio de colisões através do metal.
Corpos maus condutores de calor: vidro, borracha, isopor, lã, algodão, gelo, peles de alguns,
animais, gases, cortiça, poliestireno, fibra cerâmica (composta de Alumina e Sílica), lã de vidro (um componente fabricado em alto forno a partir de sílica e sódio, aglomerados por resinas sintéticas), etc.
Esses maus condutores de calor (isolantes térmicos), possuem os elétrons mais externos de seus átomos firmemente ligados.
Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de calor.
O ar, por exemplo, é um ótimo isolante térmico.
As roupas de lã, os pelos dos animais, o isopor, a serragem são ótimos isolantes térmicos, pois
retêm o ar entre suas fibras.
O gelo é um excelente isolante térmico. Os esquimós o utilizam para fazerem suas moradias que se denominam iglus.
Normalmente a parte interna é forrada com peles de foca, deixando o recinto bastante confortável.
A iluminação é garantida por uma janela feita ou de um bloco de gelo transparente ou de pele de foca ou de baleia.
O calor da fogueira derrete parte dos blocos, mas a água escorre e congela novamente, reforçando a vedação das paredes de gelo.
Na entrada do iglu, é construído um pequeno túnel para impedir que o vento chegue ao interior
Um mergulhador utiliza uma roupa de neoprene que evitam a perda do calor do corpo. O neoprene é formado por um tipo de borracha que contém milhares de minúsculas bolhas em seu interior.
Graças a essa característica, a água que entra na roupa não sai, logo ela é aquecida pela temperatura corporal e cria uma barreira isolante entre o mergulhador e o meio líquido no qual ele está envolto.
Os beduínos do deserto usam roupas grossas e de lã (isolante térmicos) para que seu corpo,
durante o dia, mantenha a temperatura interna de 36,5oC e não receba calor do meio exterior que pode chegar a até 45oC e, durante a noite quando as temperaturas são muito baixas, impeçam a perda de calor para o meio externo.
Lei de Fourier
As relações acima são expressas pela lei de Fourier através da equação
Informações:
Estufa
Estufa agrícola Quando a energia radiante atinge a superfície de um corpo uma parte é absorvida (cerca de 65%), outra refletida (cerca de 35%).
A parte absorvida fica retida no corpo sob forma de calor (energia térmica).
As radiações solares diretas (radiações de luz visíveis) não são filtradas pelos vidros ou lonas plásticas transparentes, atravessando-as (se refratando) com facilidade.
Essa luz solar carrega em si grande quantidade de energia, capaz de ser transmitida para o interior da estufa sendo retida em seu interior e superfície, aquecendo-as.
Esse processo de condução de calor é conhecido como irradiação.
Isso acontece quando a luz solar nos aquece dentro de casa, mesmo quando as janelas estão fechadas ou quando estamos dentro do carro sob o sol. A facilidade que a radiação direta tem em atravessar a superfície de vidro ou das lonas transparentes não se repete para a parcela de energia refletida, que retorna ao ambiente externo.
O vidro ou lona transparente tem uma grande capacidade de “prender” este calor, pois são transparentes para a luz visível e opaco para as radiações infravermelhas. Por isso o interior fica mais quente que o exterior.
Quando a energia radiante atinge a superfície de um corpo uma parte é absorvida, outra refletida e outra refratada.
A parte absorvida fica retida no corpo sob forma de calor (energia térmica).
Quando a maior parte da energia é absorvida e pouca parcela é refletida ou refratada o corpo é chamado de opaco, ou seja, ele é mau refletor e mau refrator. São os corpos escuros, principalmente o negro. Todo bom absorvedor é bom emissor.
O contrário ocorre com os corpos claros e polidos, que são bons refletores de calor, maus absorventes e maus emissores.
Exemplos:
As panelas e frigideiras devem ter fundo negro, para absorverem maior quantidade de calor.
No inverno deve-se usar de preferência roupas escuras e no verão roupas claras.
congela e esse gelo isola por condução o ambiente acima da superfície da água (a menos de 0oC) das águas abaixo da mesma que estão (a 4oC).
Devido a esse fenômeno é possível a vida nas profundezas de lagos e mares, mesmo estando coberta de gelo a sua superfície.
Estufa
A energia total emitida por radiação é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta do
emissor
Corpos escuros são bons absorventes de calor e corpos claros e polidos são bons refletores de calor.
Lei de Fourier
Efeito estufa
Ao penetrarem na atmosfera terrestre e atingirem sua superfície, parte dos raios luminosos provenientes do Sol são absorvidos e transformados em calor (cerca de 65%), outros são refletidos para o espaço, mas só parte destes chega a deixar a Terra, pois são refletidos de volta pelos chamados “Gases de Efeito Estufa” (dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos- CFCs- e óxidos de azoto), sob forma de raios infravermelhos (ondas de calor).
O efeito é benéfico ao planeta Terra, mantendo sua temperatura nas condições que propiciam a vida, pois, sem ele a temperatura na Terra seria da ordem de - 20 oC.
Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta.
Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira.
Após a abertura da porta, a temperatura da sala, diminui, pois quando você abre a porta da geladeira, a temperatura em seu interior é menor que a do ambiente da sala e, como o calor se transfere do corpo de maior para o de menor temperatura, inicialmente a temperatura da sala irá diminuir.
Posteriormente, com a geladeira ligada, ela fica retirando calor de seu interior e o transferindo para o ambiente e, então a temperatura da sala irá aumentando.
Determine a relação entre as condutividades térmicas dos materiais dos dois
cilindros.
Secagem de alimentos em estufas caseiras.
Nesse processo, a umidade é retirada gradativamente devido ao fluxo de ar quente. De um modo caseiro, todos podem construir uma estufa para secagem de alimentos tal qual a desenhada a seguir.
Explicando seu funcionamento: Denomina-se convecção térmica o processo de transferência de calor que acontece graças a movimentação de um material observe que é exatamente isso que acontece no exemplo mostrado o material que se move pelo ambiente da estufa é o ar e, o ar frio é aquecido na câmara de aquecimento, fica mais quente (menos denso) e sobe, passando pela câmara de secagem a movimentação do ar, mais quente e mais frio, cria as chamadas correntes de convecção.
