Departamento de Física - ICE/UFJF
Laboratório de Física II
Prática 9: Irradiação
1. Introdução:
Qualquer corpo ou fluido parece quente ou frio dependendo do valor médio da energia cinética de suas
das moléculas ou átomos. Quando dois corpos com temperaturas diferentes pertencem a um único sistema
termodinâmico, este sistema tende a chegar ao equilíbrio e finalmente, todos os seus componentes tem mesma
temperatura. A mudança da temperatura acontece devido ao fluxo de calor entre os corpos. Existem três
modos diferentes do calor se propagar:
1) por condução através do contato direto entre os corpos. Só pode ocorrer através de um meio material,
mas sem que haja movimento do próprio meio; ocorre tanto em fluidos como em sólidos, sob efeito de
diferenças de temperatura. Assim, quando colocamos sobre uma chama uma panela com água, o calor se
transmite da chama à água através da parede metálica da panela, por condução.
2) pela convecção. Ocorre tipicamente num fluido e se caracteriza pelo fato de que o calor é transferido
pelo movimento do próprio fluido, que constitui uma corrente de convecção. Um fluido aquecido
localmente em geral diminui de densidade e por conseguinte tende a subir sob o efeito gravitacional,
sendo substituído por fluido mais frio, o que gera naturalmente correntes de convecção, mas elas
também podem ser produzidas artificialmente, com o auxílio de bombas ou ventiladores. Os ventos, as
correntes marinhas, a circulação de água quente num sistema de aquecimento central são exemplos de
correntes de convecção.
3) pela irradiação. A radiação transfere calor de um ponto a outro através de radiação eletromagnética, que,
como a luz visível, propaga-se mesmo através do vácuo. A radiação térmica é emitida por um corpo
aquecido e ao ser absorvida por outro corpo, pode aquece-lo, convertendo-se em calor. A radiação solar,
seja sob a forma de luz visível, seja de radiação infravermelha ou de outras regiões do espectro, é uma
forma de radiação térmica emitida por uma fonte (o sol) a temperatura muito elevada. O aquecimento
solar é uma forma de aproveitamento da radiação solar para a produção de calor. A irradiação é
responsável pela perda de energia em várias situações, por exemplo: no caso de um corpo isolado em
condições de vácuo, outros tipos de propagação de calor são impossíveis.
Calor de absorção e Calor de reflexão
Sejam dois corpos A e B a temperaturas respectivamente T1 e T2., sendo T1 maior que T2. Nestas
condições haverá uma transmissão de calor por radiação ou irradiação do corpo A para o corpo B. Seja Q o
calor irradiado que é a soma do calor Qa (absorvido por B) com o calor Qr (refletido por B).
A
Q
B
Qa
T1
T2
Qr
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Q = Qa + Qr
Dividindo a equação por Q: 1 = Qa/Q + Qr/Q
sendo: Qa/Q = pa (poder de absorção do corpo) e Qr/Q = pr (poder de reflexão do corpo)
pa + pr = 1
O corpo negro é aquele que absorve toda a energia térmica que sobre ele incide. Neste caso tem-se
pa = 1 e pr = 0.
Para o alumínio polido de 227oC a 577oC tem-se pa=0,039 a 0,057.
Para a chapa de alumínio comercial a 100 oC tem-se pa=0,09.
Para o cobre polido a 117oC tem-se pa = 0,023.
2- Procedimento Experimental
O objetivo desta prática é estudar a absorção e a reflexão do calor em superfícies polidas e
superfícies negras.
Materiais:
Uma dispositivo com resistência de aquecimento
Um termômetro
Um recipiente de alumínio
Um recipiente negro
Um cronômetro
Balança tríplice escala
Água
Papel milimetrado
a) Ligue a resistência de aquecimento e meça a temperatura do ar bem próximo da resistência.
b) Coloque em cada recipiente a mesma massa de água.
c) Monte os dois recipientes eqüidistantes da resistência. A partir do tempo zero, anote na tabela as
temperaturas de cada recipiente de dois em dois minutos.
d) Desligue a resistência. Posicione os dois recipientes longe da resistência e a partir do tempo zero, anote
na tabela as temperaturas de resfriamento de cada recipiente de dois em dois minutos.
e) Construa um gráfico da variação da temperatura com o tempo para o aquecimento e para o resfriamento.
f) A partir do gráfico do aquecimento, estude o poder de absorção e o poder de reflexão das superfícies
observadas.
Referências:
Curso de Física Básica - vol. 2, H. Moysés Nussenzveig ;
Fundamentos de Física - vol. 2, Halliday-Resnick.
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