TERMOMETRIA,
CALORIMETRIA E
TERMODINÂMICA – Aula 5
Maria Augusta Constante Puget (Magu)
Mecanismos de Transferência de
Calor (1)
A propagação do calor pode ocorrer por três
processos diferentes:
1. Condução.
2. Convecção.
3. Irradiação.
 Qualquer que seja o processo, a transmissão do
calor obedece à seguinte lei geral:

Espontaneamente, o calor sempre se propaga de um corpo
com maior temperatura para um corpo de menor
temperatura.
2
Fluxo de Calor (1)
Para os três modos de propagação, definimos a
grandeza fluxo de calor ().
 Seja S uma superfície localizada na região onde
ocorre a propagação do calor. O fluxo do calor 
através da superfície S é dado pela relação entre a
quantidade de calor Q que atravessa a superfície e
o intervalo de tempo t decorrido:


=
∆
3
Fluxo de Calor (2)

=
∆
As unidades usuais de fluxo de calor são cal/s e
kcal/s.
 No SI, a unidade é o J/s (joule por segundo), que
recebe o nome de watt (W).

4
Condução Térmica (1)
Se seguramos a extremidade A de uma barra de
ferro AB, levando a outra extremidade a uma
chama, após um intervalo de tempo
relativamente curto, a extremidade que
seguramos estará quente.
 Este processo de propagação de calor é
chamado de condução térmica.
 A propagação por condução exige a presença
de um meio material para ocorrer.

5
Condução Térmica (2)

Os átomos da barra que estão em contato com a
chama adquirem energia cinética extra e, vibrando
mais intensamente, interagem com os átomos
vizinhos que, sucessivamente interagem com
outros, propagando o calor por toda a extensão
da barra.
6
Condução Térmica (3)

Um exemplo familiar é o da panela com água
que colocamos sobre uma chama. Neste caso,
o calor se transmite da chama para a
água através da parede metálica da
panela, por condução.
Todas as leis básicas da condução de calor
podem ser ilustradas por este exemplo:
1. O fluxo do calor é proporcional à
diferença de temperatura T: A água
ferve mais depressa se a temperatura da
chama for mais alta.

7
Condução Térmica (4)
2.
O fluxo do calor é inversamente
proporcional à espessura x da chapa
metálica: Quanto mais espesso o fundo da
panela, mais tempo leva para ferver a água.
3.
O fluxo do calor é proporcional à
área A através da qual o calor está fluindo:
Quanto maior a área do fundo da panela,
mais rapidamente a água ferve.
8
Condução Térmica (5)


Combinando
todas
estas
observações,
podemos escrever para o fluxo de calor
(também chamado de taxa de condução, neste
caso):
∆
∆

∆
∆
Introduzindo na expressão acima uma
constante de proporcionalidade , passamos a
ter então uma equação:
∆
∆
= −
∆
∆
9
Coeficiente de Condutividade
Térmica (1)
∆
∆
= − 
∆
∆
Esta constante de proporcionalidade  é
denominada
coeficiente
de
condutividade térmica.
 Trata-se de um valor característico do
material de que é feito o condutor térmico.

10
Coeficiente de Condutividade
Térmica (2)

1.
2.
O coeficiente de condutividade
térmica pode ser expresso nas seguintes
unidades:
No

SI:
.
Unidades mais

usuais:
. .0 
11
Coeficiente de Condutividade
Térmica (3)
12
Lei da Condução Térmica (1)
∆
∆
= −
∆
∆
Esta expressão é conhecida como Lei
de Fourier.
 Jean Baptiste Joseph Fourier
(Auxerre, 21 de março de 1768 —
Paris, 16 de maio de 1830) foi um
físico e matemático francês que
viveu na época de Napoleão, para
quem trabalhou na França e no Egito.
 Ao estudar a propagação de calor em
sólidos, desenvolveu um recurso
matemático importante, as séries de
Fourier.
 A análise de Fourier constitui a base
do processamento de sinais.

13
Lei da Condução Térmica (2)
∆
∆
= −
∆
∆

A equação acima pode ser escrita na forma
diferencial como:


= −


onde dT/dx é denominado gradiente de
temperatura.
14
Condução Através de uma Parede
Composta (1)
A figura abaixo exibe uma parede composta,
formada por dois materiais com diferentes
espessuras L1 e L2 e diferentes condutividades 1 e
2.
 As temperaturas das faces externas da parede são
TQ (fonte de calor) e TF (sorvedouro de calor).
 Cada face da parede possui uma área A.

L2
Reservatório
quente à
TQ
k2
L1
Q
Tx
k1
Reservatório
frio à TF
15
Condução Através de uma Parede
Composta (2)
Deseja-se deduzir uma expressão para a taxa
de condução (fluxo de calor) através da
parede supondo que a transferência seja um
processo em regime permanente.
 Em regime permanente, a taxa de
condução através dos dois materiais
deve ser igual.

L2
Reservatório
quente à
TQ
k2
L1
Q
Tx
k1
Reservatório
frio à TF
16
Condução Através de uma Parede
Composta (3)
Chamando de Tx a temperatura da interface entre
os dois materiais, podemos escrever:
2 ( −  ) 1 ( −  )
=
=
2
1
 Resolvendo-se para TX obtém-se:
1 2  + 2 1 
 =
1 2 + 2 1

L2
Reservatório
quente à
TQ
k2
L1
Q
Tx
k1
Reservatório
frio à TF
17
Condução Através de uma Parede
Composta (4)

Substituindo-se a expressão encontrada para TX em
qualquer das expressões para , obtém-se:
=

( − )
1 1 +2 2
Podemos generalizar esta expressão para um
número qualquer de materiais como:
=
( − )
   
ou =
L2
Reservatório
quente à
TQ
k2
( − )
 
 
L1
Q
Tx
k1
Reservatório
frio à TF
18
Analogia entre Resistência Térmica e
Resistência Elétrica (1)

Observando atentamente a expressão:
∆
∆
=
( − )

∙
que fornece o fluxo de calor através de uma parede
plana, podemos interpretar o numerador e o
denominador da seguinte forma:
 T: A diferença entre a temperatura da face quente
e da face fria consiste em uma diferença de
potencial que causa a transferência de calor.
 L/kA: É equivalente a uma resistência térmica (RT)
que a parede oferece à transferência de calor.
19
Analogia entre Resistência Térmica e
Resistência Elétrica (2)
Assim, podemos escrever:
∆ ∆
=
∆ 

onde:  =

∙

Se substituirmos nesta equação o símbolo do
potencial de temperatura T pelo de potencial
elétrico, isto é, a diferença de tensão V, e o
símbolo da resistência térmica RT pelo da
resistência elétrica R, obtemos a equação para i, a
intensidade de corrente elétrica (Lei de Ohm):
∆
=

20
Analogia entre Resistência Térmica e
Resistência Elétrica (3)

Até mesmo a expressão da resistência térmica:
 =

∙
é semelhante a da resistência elétrica:

=
∙
onde  é a condutividade do material (inverso da
resistividade).
21
Analogia entre Resistência Térmica e
Resistência Elétrica (4)
Dada esta analogia, é comum a utilização de uma
notação semelhante a usada em circuitos elétricos,
quando representamos a resistência térmica de uma
parede ou associações de paredes.
 Assim, uma parede de resistência R, submetida a um
potencial T e atravessada por um fluxo de calor
pode ser representada assim :

22
Analogia entre Resistência Térmica e
Resistência Elétrica – Associação em Série (1)

O resultado que obtivemos para o fluxo do
calor através de uma parede composta, pode
agora ser escrito como:
=
( − )
 
 
=
∆
 
onde RTeq é a resistência térmica equivalente,
que, para uma associação em série, é dada pela
soma das resistências.
23
Analogia entre Resistência Térmica e Resistência
Elétrica – Associação em Paralelo (1)

Consideremos um sistema de paredes planas
associadas em paralelo, submetidas a uma
fonte de calor de temperatura constante e
conhecida TQ, de um lado e a um sorvedouro
de calor, também de temperatura constante e
conhecida TF, do outro lado.

Assim,
haverá
a
transferência de um
fluxo de calor contínuo
no regime permanente
através
da
parede
composta.
24
Analogia entre Resistência Térmica e Resistência
Elétrica – Associação em Paralelo (2)

O fluxo de calor que atravessa a parede
composta pode ser obtido em cada uma das
paredes planas individualmente:
∆1
∆

=
1 1 ( − )
1
e
∆2
∆
=
2 2 ( − )
2
O fluxo de calor resultante é igual à soma
dos fluxos:
∆ ∆1 ∆2
=
+
∆
∆
∆
25
Analogia entre Resistência Térmica e Resistência
Elétrica – Associação em Paralelo (3)

Temos:
∆
∆
donde:
∆
∆
1 1
(
1
=
=
1
(
1
+
+
1
)
2
1
 
2 2
)(
2
−  )
 −  =
 −
 
1
1
=
+
1 2
26
Analogia entre Resistência Térmica e Resistência
Elétrica – Associação em Paralelo (4)

Este resultado pode ser estendido para um
número qualquer n de paredes planas
associadas em paralelo:
1
 
=

1

27
Analogia entre Resistência Térmica
e Resistência Elétrica – Exemplo (1)

Calcular o fluxo de calor na parede
composta abaixo, considerando a dimensão
não representada igual a 1 cm:
onde:
28
Analogia entre Resistência Térmica
e Resistência Elétrica – Exemplo (2)

Usando a analogia elétrica, o circuito
equivalente à parede composta é :

Calculando-se as resistências térmicas de
cada parede individual, temos:
RA = 0,0025 h.0C/cal
RC = 1/40 h.0C/cal
RE = 0,00833 h.0C/cal
RG = 1/30 h.0C/cal
RB = 1/40 h.0C/cal
RD = 1/60 h.0C/cal
RF = 1/60 h.0C/cal
29
Analogia entre Resistência Térmica
e Resistência Elétrica – Exemplo (3)

Para as resistências em paralelo temos:
1

1
1
1
=
+
+
= 40 + 40 + 60 = 140
  
1
 =
= 0,00714 ℎ0/
140
1
1
1
=
+
= 60 + 30 = 90
  
1
 =
= 0,0111 ℎ0/
90
30
Analogia entre Resistência Térmica
e Resistência Elétrica – Exemplo (4)

Para as resistências em série temos:
Req = RA + RBCD+ RE + RFG =
0,0025 + 0,0071 + 0,0083 + 0,0111 =
0,029ℎ0/
Portanto:
∆ ∆ 1000 − 100
=
=
= 31034 /ℎ
∆

0,029
31
Variação da Condutividade Térmica com a
Temperatura (1)

A condutividade térmica dos materiais varia
com a temperatura. Esta variação é
mostrada no gráfico abaixo para alguns
materiais:
32
Isolamento Térmico (1)


O isolamento térmico é uma importante
aplicação relacionada com a condução.
No cotidiano, utilizam-se materiais isolantes
térmicos para minimizar a transferência de
calor entre corpos a diferentes temperaturas.
Ex: Geladeiras de isopor, agasalhos feitos de
material isolante, cabos de panela, paredes de
fogões e refrigeradores, isolados do exterior
por materiais como lã de vidro e poliuretano.
33
Escolhendo materiais (1)
Roupa "quente" ou "fria"? É a roupa que é quente?
O frio que sentimos no inverno é devido às
perdas de calor do nosso corpo para o meio
ambiente que está a uma temperatura inferior.
 A roupa de lã não produz calor, mas isola
termicamente o nosso corpo, pois mantém
entre suas fibras uma camada de ar.
 A lã, que tem baixo
coeficiente de
condutividade térmica, diminui o processo de
troca de calor entre nós e o ambiente.
 Esse processo deve ser facilitado no verão com o
uso de roupas leves em ambientes refrigerados.


34
Escolhendo materiais (2)
Apesar de perdermos calor constantemente, o
nosso organismo se mantém a uma temperatura
por volta de 36,5oC devido à combustão dos
alimentos que ingerimos. Somos homeotérmicos.
 Por que os passarinhos e os roedores estão sempre
comendo? Por estar em constante movimento,
esses
animais
pequenos
necessitam
proporcionalmente de mais alimentos que um ser
humano, se levarmos em conta o seu peso.
 É através da superfície que um corpo perde
calor. Um animal pequeno tem maior superfície
que um de grande porte, proporcionalmente ao seu
peso, e é por isso que tem necessidade de comer
mais.

35
Perdas de Calor pelo Corpo (1)






A transferência de calor no corpo humano envolve uma
combinação de mecanismos que, juntos, mantém uma
temperatura notavelmente constante e uniforme, apesar de
grandes variações nas condições ambientais.
Como já foi mencionado, o principal mecanismo interno é a
convecção forçada, com o coração servindo de bomba e o
sangue como fluido circulante.
As trocas de calor com o ambiente envolvem condução,
convecção e radiação, em proporções que dependem das
circunstâncias.
A perda total de calor pelo corpo humano é da ordem de 2 000
a 5 000 kcal por dia, dependendo da atividade.
Um corpo nu em ar parado perde aproximadamente metade de
seu calor por irradiação.
Sob condições de vigorosa atividade e grande transpiração, o
mecanismo dominante é resfriado por evaporação.
36
Valor Energético dos Alimentos (1)
37
Convecção Térmica (1)

Convecção consiste no transporte
de energia térmica de uma região
para a outra por meio do
transporte de matéria, o que só
pode ocorrer nos fluidos (líquidos
e gases).

A movimentação das diferentes
partes do fluido ocorre pela
diferença de densidade que
surge em virtude do seu
aquecimento ou resfriamento.
38
Convecção Térmica (2)





Quando uma certa massa de um fluido é aquecida
suas moléculas passam a mover-se mais
rapidamente, afastando-se, em média, uma das
outras.
Como o volume ocupado por essa massa fluida
aumenta, a mesma torna-se menos densa.
A tendência dessa massa menos densa no interior
do fluido como um todo é sofrer um movimento
de ascensão.
A parte do fluido mais fria (mais densa) move-se
para baixo tomando o lugar que antes era ocupado
pela parte do fluido anteriormente aquecido.
Esse processo se repete inúmeras vezes, enquanto
o aquecimento é mantido, dando origem às
chamadas correntes de convecção.
39
Convecção Térmica (3)

1.
2.
A convecção pode ser:
Natural: Quando calor é transferido pela
circulação de fluidos devido a mudanças
de densidade induzidas pelo próprio calor.
Forçada: Quando o movimento é
causado por um agente externo, como
uma bomba ou um ventilador.
40
Convecção Térmica (4)

1.
Aplicações e consequências da convecção térmica:
Devido à diferenças de temperatura em diferentes pontos
da atmosfera, estabelecem-se correntes de convecção
ascendentes de ar quente. Planadores, asas-deltas e outros
veículos não motorizados movimentam-se no ar graças a
essas correntes. O veículo só ganha altitude quando
alcança uma corrente quente ascendente, pois em voo
planado está sempre descendo. Também os pássaros
procuram igualmente térmicas ascendentes.
41
Convecção Térmica (5)
2.
3.
Para se resfriar um ambiente de forma mais
eficiente, esse resfriamento deve ser feito a
partir da região superior, porque o fluido
frio tende a descer. Por isso o ar
condicionado deve ser colocado no alto.
Já para se aquecer um ambiente, deve-se
colocar o aquecedor no solo.
42
Convecção Térmica (6)
4.
A água, tendo um alto calor específico, sofre variações de
temperatura relativamente pequenas. Assim, numa região
litorânea, a terra se aquece mais do que o mar, durante o
dia. O ar em contato com a terra se aquece e sobe,
produzindo uma região de baixa pressão, aspirando o ar
que está sobre o mar: sopra a brisa marítima. À noite,
ao perder calor, a terra se resfria mais do que o mar. O
processo se inverte e sopra a brisa terrestre.
43
Convecção Térmica (7)
5.
Nas grandes cidades, a convecção é
um fenômeno muito importante para
a
dispersão
dos
poluentes
atmosféricos. Como os gases
eliminados pelos veículos e pelas
indústrias estão mais quentes que o
ar das camadas superiores, eles
sobem e se diluem na atmosfera.
No inverno, entretanto, é comum o
ar poluído, próximo ao solo estar
mais frio que o ar puro das regiões
mais elevadas. Desse modo, deixa de
ocorrer a convecção, aumentando a
concentração dos poluentes no ar.
Essa ocorrência recebe o nome de
inversão térmica e pode ser
agravada na ausência de ventos e de
chuva.
44
Convecção Térmica (8)
6.
No caso da água, as correntes de convecção se invertem
abaixo de 40C. Uma vez que a sua densidade é menor a
20C que a 30C, temperaturas inferiores a 40C fazem com
que a água mais quente desça, enquanto sobe a mais fria. É
por isso que nos lagos o gelo se forma a partir da
superfície. Graças a isto, eles não chegam a congelar
totalmente: a camada de gelo (isolante térmico) dificulta o
esfriamento das camadas inferiores.
45
Irradiação (1)




A transmissão de energia por meio de ondas
eletromagnéticas (ondas de rádio, luz visível e raios
ultravioleta, entre outras) é denominada irradiação ou
radiação.
Quando essas ondas são os raios infravermelhos, temos
a irradiação térmica.
Ao contrário da condução térmica e da convecção
térmica, a irradiação ocorre sem a necessidade de
um meio material: o transporte é exclusivamente de
energia, sob a forma de onda eletromagnética.
É o caso da energia que recebemos do Sol, que só
pode chegar até nós por irradiação, visto que no vácuo
não existe meio material.
46
Radiação Eletromagnética (1)
A radiação eletromagnética é uma oscilação em fase
dos campos elétricos e magnéticos.
 As oscilações dos campos magnéticos e elétricos
são perpendiculares entre si e se propagam como
uma onda transversal, cujas oscilações são
perpendiculares à direção do movimento da onda.

47
Radiação Eletromagnética (2)

O espectro visível, ou simplesmente luz visível, é apenas uma
pequena parte de todo o espectro da radiação
eletromagnética, que vai desde as ondas de rádio aos raios
gama.
48
Radiação Infravermelha (1)
A radiação infravermelha (IV) é uma radiação não
ionizante na porção invisível do espectro
eletromagnético
que
está
adjacente
aos
comprimentos de onda longos, ou final vermelho do
espectro da luz visível.
 Qualquer corpo com temperatura acima do zero
absoluto (-273 °C) emite radiação infravermelha.
 A radiação infravermelha é originada da agitação
térmica das partículas que constituem os corpos.
Devido a essa agitação, as cargas elétricas dos
átomos e moléculas oscilam e emitem radiação
eletromagnética.

49
Irradiação Térmica (1)
50
Irradiação Térmica (2)

Quando a energia radiante incide na superfície de um corpo,
ela é:
◦ Parcialmente absorvida;
◦ Parcialmente refletida e
◦ Parcialmente transmitida através do corpo.

Na figura abaixo, da quantidade total de energia Qi incidente,
é absorvida a parcela Qa, reflete-se a parcela Qr e é
transmitida a parcela Qt, de modo que:
Qi = Qa + Qr + Qt
51
Irradiação Térmica (3)


Para avaliar a proporção da energia incidente que
sofre os fenômenos de absorção, reflexão e
transmissão, definimos as seguintes grandezas
adimensionais:
Absorvidade
Refletividade
Transmissividade

=


=


=

Somando as três grandezas temos:
a+r+t=1
52
Irradiação Térmica (4)

Assim, se um corpo tem absorvidade a = 0,8, significa que
80% da energia que nele incide é absorvida. Os restantes
20% da energia total devem se dividir entre reflexão e
transmissão.

Por definição, corpo negro é um corpo ideal que absorve
toda a energia radiante nele incidente. Desta forma, sua
absorvidade é a = 1 (100%) e sua refletividade é nula, r = 0.
O espelho ideal é um corpo que reflete totalmente a
energia radiante que nele incide, tendo absorvidade nula
(a = 0) e refletividade r = 1.

Corpo negro: a = 1 r = 0
Espelho ideal: a = 0 r = 1
53
Irradiação Térmica (5)



Quando vários corpos a diferentes temperaturas são
colocados em um recinto termicamente isolado do exterior,
ao fim de algum tempo, todos estarão a mesma temperatura.
No entanto, todos os corpos continuam a irradiar energia.
Como isto acontece?
Estabelece-se um equilíbrio dinâmico que pode ser expresso
na forma da lei dos intercâmbios enunciada pelo físico
Pierre Prévost:
Todos os objetos estão irradiando energia continuamente.
No equilíbrio térmico, a potência irradiada ou emitida por
um objeto é igual à potência que ele absorve, na forma de
radiação, dos objetos vizinhos.
54
Irradiação Térmica (6)





Assim, todo bom absorvedor é também bom emissor e
todo corpo bom refletor é mau emissor.
O corpo negro, sendo o absorvedor ideal, é também
o emissor ideal ou perfeito.
Na prática, há corpos que apresentam absorvidades
quase unitárias, como a fuligem (a = 0,94), que é
excelente absorvedora e excelente emissora.
Outros apresentam absorvidades quase nulas, sendo
mau absorvedores e mau emissores, como a prata
polida (a = 0,02).
De um modo geral, corpos escuros apresentam
absorvidade elevada e refletividade baixa. Ao contrário,
corpos claros e polidos são mau absorvedores e
emissores.
55
Lei de Stefan-Boltzmann (1)
O poder emissivo de um corpo é a
potência irradiada (emitida) por unidade de
área, sendo expresso por:

=

 As unidades usuais para poder emissivo são
W/m2, cal/s.cm2.
 O poder emissivo de um corpo depende de
sua natureza e da temperatura em que se
encontra.

56
Lei de Stefan-Boltzmann (2)

Para qualquer temperatura, o maior poder
emissivo é o do corpo negro, sendo o seu
valor estabelecido pela Lei de StefanBoltzmann:
ECN = ∙T4
O poder emissivo do corpo negro é
proporcional à quarta potência da sua
temperatura absoluta.
57
Lei de Stefan-Boltzmann (3)
constante de proporcionalidade 
(constante de Stefan-Boltzmann), vale
em unidades do SI:
A

−8
=5,67 ∙ 10
2 ∙  4
58
Lei de Stefan-Boltzmann (4)
É
comum se comparar o poder emissivo de
um corpo qualquer com o do corpo negro
ECN, por meio de uma grandeza denominada
emissividade (e):
 Assim,

=

para um corpo qualquer, a lei de
Stefan-Boltzmann
pode
ser
escrita
algebricamente da seguinte maneira:
E = e∙ ∙T4
59
Lei de Kirchhoff (1)
 Um
corpo negro tem absorvidade
aCN=1 e emissividade eCN=1. Assim,
aCN=eCN.
 Esta
igualdade entre a emissividade e
absorvidade vale para qualquer corpo,
ou seja, um bom absorvedor de
calor é também um bom emissor.
60
Lei de Kirchhoff (2)
 Este
resultado é conhecido como Lei de
Kirchhoff, cujo enunciado é:
Em uma mesma temperatura, a emissividade
e a absorvidade são iguais.
e=a
61
Potência Irradiada (1)
A potência irradiada P por um corpo de
emissividade e, à temperatura T e cuja área
exposta ao ambiente é A, pode ser expressa
por:
P=E∙A
P = e ∙  ∙ T4 ∙ A
 Se o corpo estiver em equilíbrio térmico
com o ambiente, sua temperatura é
constante e, portanto, ele estará emitindo
e absorvendo energia com a mesma
rapidez.

62
Potência Irradiada (2)

Porém, se as temperaturas dele e do ambiente
forem diferentes, haverá um fluxo líquido de
energia.

Assim, se o corpo estiver a uma temperatura T
e o ambiente a uma temperatura TA, a
potência líquida PL de ganho ou perda de
energia será dada por:
PL = e ∙ A ∙  ∙ (TA4 - T4)
63
Potência Irradiada (3)
PL = e ∙ A ∙  ∙ (TA4 - T4)
 A potência líquida é:
◦ Positiva (PL>0): Quando o ambiente está mais
quente que o corpo (TA > T), significando que o
corpo está recebendo energia, isto é, absorvendo
mais do que emite.
◦ Negativa (PL<0): Quando o ambiente está mais
frio que o corpo (TA < T), significando que o corpo
está perdendo energia, isto é, emite mais do que
absorve.
64
Espectro de Emissão (1)
 Define-se
radiância espectral R()
como a quantidade de energia
emitida por um corpo, por unidade
de tempo e de área, em um dado
intervalo de frequências entre  e +d
do espectro.
65
Espectro de Emissão (2)
O
gráfico da radiância espectral em
função da frequência para o corpo negro
é exibido abaixo para três temperaturas:
900K, 1200K e 1500K.
66
Espectro de Emissão (3)
Observa-se no gráfico da radiância as
seguintes características importantes:
1. Possui um máximo para uma certa
frequência, cujo valor aumenta com a
temperatura;
2. Para qualquer frequência dada, a radiância
espectral aumenta rapidamente com a
temperatura.
 Estas
observações
são
descritas
quantitativamente por leis fenomenológicas: a
lei de Wien e a lei de Stefan-Boltzmann.

67
Espectro de Emissão (4)
A Lei de Wien
 A lei de Wien afirma que a
freqüência max para a qual
a
radiância
espectral
alcança
o
seu
valor
máximo
aumenta
proporcionalmente
à
temperatura:
max= CW T
O
valor experimental da
constante de proporcionalidade
é:
CW = 5,9 ∙ 1010 Hz/K
Wilhelm Wien,
físico
alemão,
1864-1928.
68
Espectro de Emissão (5)
A Lei de Stefan-Boltzmann
 A lei de Stefan-Boltzmann
estipula que a potência total
emitida por unidade de área,
ou seja, a integral da radiância
espectral sobre todas as
frequências, é proporcional à
quarta
potência
da
temperatura:
ECN = ∙T4
Joseph Stefan,
físico austriaco,
1835-1893.
Ludwig Boltzmann,
físico
austriaco,
1844-1906.
69
Usos dos Raios Infravermelhos (1)
Os raios infravermelhos (ondas de calor) têm uma
vasta aplicação:
1. Lâmpadas de infravermelho são usadas na medicina
em aparelhos de terapia por calor. Também podem ser
usadas para aquecimento de ambientes e para a
secagem de tintas e vernizes.
2. A termografia consiste na obtenção de imagens
(termogramas) por meio de câmaras especiais
(termovisores),
que
captam
as
radiações
infravermelhas emitidas pelos objetos. A análise de
termogramas
permite
diagnosticar
processos
tumorais, já que a temperatura de células cancerosas
é diferente da das células normais de um mesmo
tecido.
3. Certos mísseis “farejam” seu alvo pelas ondas de calor
que o mesmo emite.
70

O Sol que nos Aquece (1)
Radiação solar é a designação dada à
energia radiante emitida pelo Sol, em
particular aquela que é transmitida sob a
forma de radiação eletromagnética.
 Cerca de metade desta energia é emitida
como luz visível e o restante na do
infravermelho próximo e como radiação
ultravioleta.

71
O Sol que nos Aquece (2)
A luz do Sol quando chega até
nós já percorreu 149 milhões de
quilômetros tendo que atravessar
o vácuo, pois a camada
atmosférica que envolve a Terra
só alcança cerca de 600 Km.
 O Sol irradia energia em todas as
direções. De toda energia liberada
pelo Sol, só 1,4 bilionésimos
chega até a Terra.

72
O Sol que nos Aquece (3)





Parte desta energia (30%) é refletida nas altas camadas
da atmosfera voltando para o espaço.
Cerca de 46,62% dessa energia aquece e evapora a
água dos oceanos e rios.
16,31% aquece o solo;
7% aquece o ar;
0,07% é usada pelas plantas terrestres e marinhas na
fotossíntese.
73
Aplicações e Efeitos da Irradiação (1)
Estufa de plantas
Uma estufa tem paredes e teto de vidro transparentes à
energia radiante proveniente do Sol.
 O chão da estufa normalmente é pintado de preto ou de
uma cor escura.
 A energia radiante que penetra através do vidro é absorvida
pelo fundo escuro e demais objetos no interior da estufa,
sendo a seguir, novamente irradiada.
• Mas, esta reemissão de energia se
dá sob a forma de raios
infravermelhos
de
baixa
frequência, que o vidro não deixa
passar.

74
Aplicações e Efeitos da Irradiação (2)


Quando você deixa um carro ao sol, com as portas fechadas,
obterá o mesmo efeito de uma estufa. O vidro não permite
que os raios infravermelhos, responsáveis pelo aquecimento,
saiam.
O coletor de energia solar, usado no aquecimento central de
água em residências, também se baseia no mesmo princípio
da estufa. Consta de um recinto de paredes de vidro com
fundo escuro, tendo no seu interior o encanamento que
conduz a água a ser aquecida.
75
Aplicações e Efeitos da Irradiação (3)
Efeito Estufa (1)

O termo efeito estufa foi cunhado pelo químico
sueco Svante Arrhenius, no século XIX.

Trata-se de uma condição natural de nosso
planeta e é o que garante à Terra uma
temperatura média adequada à vida.

Se não ocorresse o efeito estufa, a temperatura
média do nosso planeta seria de -180C.
76
Aplicações e Efeitos da Irradiação (4)
Efeito Estufa (2)

1.
2.
3.
O princípio é o mesmo das estufas de plantas:
A Terra recebe, durante o dia, a energia radiante do Sol,
absorve parte desta energia e a irradia de volta para o
espaço.
Uma parte da radiação infravermelha emitida pela
superfície terrestre é absorvida e reemitida por
determinados gases presentes na atmosfera (Vapor de água
70% (H2O), Dióxido de carbono 9% (CO2), Metano 9%
(CH4), Óxido nitroso (N2O), CFC´s (CFxClx)). Estes gases
criam uma espécie de telhado, como o de uma estufa,
sobre a Terra.
Como consequência disso, o calor fica retido, não sendo
liberado para o espaço.
77
Aplicações e Efeitos da Irradiação (5)
Efeito Estufa (3)
78
Aplicações e Efeitos da Irradiação (6)
Efeito Estufa (4)
No decorrer do século XX e no início do XXI, tem
ocorrido uma intensificação do efeito estufa, devido
principalmente às indústrias e aos veículos
automotores, que têm expelido para a
atmosfera quantidades muito grandes de
gases estufa, principalmente o CO2.
 Em consequência, a temperatura média da Terra
tende a aumentar, com graves impactos ambientais.

79
Aplicações e Efeitos da Irradiação (7)
Garrafa Térmica (1)


Uma garrafa térmica ou vaso de Dewar é um recipiente portátil que
tem como objetivo evitar a troca de calor entre o conteúdo que está
em seu interior e o ambiente, mantendo sua temperatura
temporariamente constante.
Foi inventada em 1892 pelo físico-químico escocês James Dewar.
• Para minimizar as perdas de calor, mantendo a
temperatura praticamente constante durante
um longo intervalo de tempo, a garrafa
térmica é feita de dupla parede de vidro
espelhado, no interior do qual se faz vácuo. O
vidro, que é um material isolante, reduz a
condução térmica. O vácuo entre as lâminas
só permite a irradiação que é dificultada pelo
fato das paredes serem espelhadas.
80