Transmissão de Calor
Transmissão de Energia Térmica
 Os
mecanismos fundamentais de
transferência de calor são:



Condução
Convecção
Irradiação
Condução
Térmicade energia, através de
o processo de transferência
É
um material, pela troca de energia entre partículas
adjacentes, isto é, quando moléculas ou átomos que
estão a uma temperatura mais elevada transferem
parte de sua energia para as moléculas ou átomos
vizinhos que estão com energia mais baixa.
Na figura ao lado podemos verificar a
condução do calor através de uma
barra de metal. Aderindo pequenas
bolotas de cera ao longo da barra e
aquecendo apenas uma extremidade,
observaremos a queda sucessiva delas,
a medida que o calor se espalha ao
longo da barra.
Convecção Térmica
 Transmissão
de calor em que a energia
térmica é propagada mediante o transporte
de matéria, havendo portanto, deslocamento
de partículas.
Convecção Térmica
Irradiação Térmica
 Diferentemente
dos dois processos de
propagação de calor estudados nos
segmentos anteriores_condução e
convecção_ a IRRADIAÇÃO TÉRMICA
não necessita de meio material para
transmitir a energia térmica, isto é, a
irradiação ocorre também no vácuo. A
irradiação é o processo de transferência
de calor através de ondas
eletromagnéticas, chamadas ondas de
calor ou calor radiante.
Propagação do calor
A
tartaruga
recebe calor do
sol por irradiação
e, da areia, por
condução.
 O ar ao seu redor
se aquece por
convecção.
Irradiação
Térmica


Efeito estufa é o nome dado à
retenção de calor na Terra
causada pela concentração
de gases de diversos tipos. A
intensificação desse
fenômeno ocorre com a
emissão de alguns poluentes e
é responsável pelo aumento
da temperatura média do
planeta, o que pode causar
sérios problemas ambientais.
Os gases estufa (que impedem
a dispersão dos raios solares)
de maior concentração na
Terra são o dióxido de
carbono (CO2), o metano
(CH4), o óxido nitroso (N2O) e
compostos de
clorofluorcarbono (CFC). A
maioria deles é proveniente
da queima de combustíveis
fósseis (carvão, petróleo e
derivados), florestas e
pastagens.
Aplicação: Garrafa Térmica



Condução - evitada pelo
vácuo entre as paredes
duplas e pela tampa
isolante.
Irradiação - evitada pelas
paredes espelhadas que
refletem as radiações,
tanto de dentro para fora
como vice-versa.
Convecção - evitada
pelo vácuo entre as
paredes duplas.
1) (UN. MACKENZIE) Dos processos a seguir, o
único onde praticamente todo o calor se propaga
por condução é quando ele se transfere:
a) Do Sol para a Terra.
b) Da chama de um gás para a superfície livre de um
líquido contido num bule que está sobre ela.
c) Do fundo de um copo de água para um cubo de
gelo que nela flutua.
d) De uma lâmpada acesa para o ar que a cerca.
e) De um soldador para o metal que está sendo soldado.
1) (UN. MACKENZIE) Dos processos a seguir, o único
onde praticamente todo o calor se propaga
por condução é quando ele se transfere:
a) Do Sol para a Terra.
b) Da chama de um gás para a superfície livre de um
líquido contido num bule que está sobre ela.
c) Do fundo de um copo de água para um cubo de gelo
que nela flutua.
d) De uma lâmpada acesa para o ar que a cerca
e) De um soldador para o metal que está sendo soldado.
2) (UFMG) A irradiação é o único processo de
transferência de energia térmica no caso:
a) Da chama do fogão para a panela.
b) Do Sol para um satélite de Júpiter.
c) Do ferro de soldar para a solda.
d) Da água para um cubo de gelo
flutuando nela.
e) De um mamífero para o meio ambiente.
2) (UFMG) A irradiação é o único processo de
transferência de energia térmica no caso:
a) Da chama do fogão para a panela.
b) Do Sol para um satélite de Júpiter.
c) Do ferro de soldar para a solda.
d) Da água para um cubo de gelo
flutuando nela.
e) De um mamífero para o meio ambiente.
3) (FGV-SP) Quando há diferença de temperatura entre dois
pontos, o calor pode fluir entre eles por condução, convecção
ou radiação, do ponto de temperatura mais alta ao de
temperatura mais baixa. O "transporte" de calor se dá
juntamente com o transporte de massa no caso da:
a) condução somente
b) convecção somente
c) radiação e convecção
d) Irradiação somente
e) condução e irradiação
3) (FGV-SP) Quando há diferença de temperatura entre dois
pontos, o calor pode fluir entre eles por condução, convecção
ou radiação, do ponto de temperatura mais alta ao de
temperatura mais baixa. O "transporte" de calor se dá
juntamente com o transporte de massa no caso da:
a) condução somente
b) convecção somente
c) radiação e convecção
d) Irradiação somente
e) condução e irradiação
4) (ITA) Uma garrafa térmica, devido às
paredes espelhadas, impede trocas de
calor por:
a) condução.
b) irradiação.
c) convecção.
d) reflexão
4) (ITA) Uma garrafa térmica, devido às
paredes espelhadas, impede trocas de
calor por:
a) condução.
b) irradiação.
c) convecção.
d) reflexão
5) (UN. MACKENZIE) Assinale a alternativa
correta:
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem
no vácuo.
b) A radiação é um processo de transmissão de
calor que só se verifica em meios materiais.
c) A condução térmica só ocorre no vácuo, no
entanto a convecção térmica se verifica inclusive
em materiais no estado sólido.
d) No vácuo a única forma de transmissão de calor
é por condução.
e) A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou
seja, não se verifica no vácuo e tão pouco em
materiais no estado sólido.
5) (UN. MACKENZIE) Assinale a alternativa
correta:
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem
no vácuo.
b) A radiação é um processo de transmissão de
calor que só se verifica em meios materiais.
c) A condução térmica só ocorre no vácuo, no
entanto a convecção térmica se verifica inclusive
em materiais no estado sólido.
d) No vácuo a única forma de transmissão de calor
é por condução.
e) A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou
seja, não se verifica no vácuo e tão pouco em
materiais no estado sólido.
6) (ITA) Uma garrafa térmica
impede, devido ao vácuo entre as
paredes duplas, trocas de calor por:
a) condução apenas.
b) convecção apenas.
c) convecção e condução.
d) irradiação apenas.
6) (ITA) Uma garrafa térmica
impede, devido ao vácuo entre as
paredes duplas, trocas de calor por:
a) condução apenas.
b) convecção apenas.
c) convecção e condução.
d) irradiação apenas.
7) (U.F.Ouro Preto-MG) Durante as noites de inverno usamos um
cobertor de lã a fim de proteger-nos do frio. Fisicamente é
correto afirmar que:
a) a lã retira calor do meio ambiente, fornecendo-o ao nosso corpo.
b) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica,
diminuindo, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
c) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica, diminuindo,
portanto o fluxo de calor para o ambiente.
d) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica,
aumentando, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
e) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica,
aumentando, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
7) (U.F.Ouro Preto-MG) Durante as noites de inverno usamos um
cobertor de lã a fim de proteger-nos do frio. Fisicamente é
correto afirmar que:
a) a lã retira calor do meio ambiente, fornecendo-o ao nosso
corpo.
b) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica,
diminuindo, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
c) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica,
diminuindo, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
d) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica,
aumentando, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
e) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica,
aumentando, portanto o fluxo de calor para o ambiente.
8) (FOC-SP) Quando se aquece a
extremidade de uma barra de ferro, o
calor se propaga para toda a barra. Neste
caso o calor se propaga, principalmente,
por:
a) condução.
b) diluição.
c) indução.
d) convecção.
e) irradiação.
8) (FOC-SP) Quando se aquece a
extremidade de uma barra de ferro, o
calor se propaga para toda a barra. Neste
caso o calor se propaga, principalmente,
por:
a) condução.
b) diluição.
c) indução.
d) convecção.
e) irradiação.
9) (Cefer-PR) Para melhorar o isolamento térmico
de uma sala, deve-se:
a) aumentar a área externa das paredes.
b) utilizar um material de maior coeficiente de
condutibilidade térmica.
c) dotar o ambiente de grandes áreas
envidraçadas.
d) aumentar a espessura das paredes.
e) pintar as paredes externas de cores escuras.
9) (Cefer-PR) Para melhorar o isolamento térmico
de uma sala, deve-se:
a) aumentar a área externa das paredes.
b) utilizar um material de maior coeficiente de
condutibilidade térmica.
c) dotar o ambiente de grandes áreas
envidraçadas.
d) aumentar a espessura das paredes.
e) pintar as paredes externas de cores escuras.
10)(U.F. Santa Maria-RS) Ao encostar a mão
em um metal e, logo após, em um pedaço de
madeira, estando os dois últimos à
temperatura ambiente, tem-se a sensação que
o metal está mais frio. Isso ocorre porque
________________ da madeira é
_______________do metal.
a) o calor específico, maior do que o.
b) a capacidade térmica, maior do que a.
c) a capacidade térmica, menor do que a.
d) a condutibilidade térmica, maior do que a.
e) a condutibilidade térmica, menor do que a.
10)(U.F. Santa Maria-RS) Ao encostar a mão
em um metal e, logo após, em um pedaço de
madeira, estando os dois últimos à
temperatura ambiente, tem-se a sensação que
o metal está mais frio. Isso ocorre porque
________________ da madeira é
_______________do metal.
a) o calor específico, maior do que o.
b) a capacidade térmica, maior do que a.
c) a capacidade térmica, menor do que a.
d) a condutibilidade térmica, maior do que a.
e) a condutibilidade térmica, menor do que a.
11) (UNEB-BA) Quando uma pessoa pega na
geladeira uma garrafa de cerveja e uma lata de
refrigerante à mesma temperatura, tem
sensações térmicas diferentes, porque, para a
garrafa e a lata, são diferentes:
a) os coeficientes de condutibilidade térmica.
b) os coeficientes de dilatação térmica.
c) os volumes.
d) as massas.
e) as formas geométricas.
11) (UNEB-BA) Quando uma pessoa pega na
geladeira uma garrafa de cerveja e uma lata de
refrigerante à mesma temperatura, tem
sensações térmicas diferentes, porque, para a
garrafa e a lata, são diferentes:
a) os coeficientes de condutibilidade térmica.
b) os coeficientes de dilatação térmica.
c) os volumes.
d) as massas.
e) as formas geométricas.
12) (UFPI) A transferência de calor de um ponto a
outro de um meio pode efetuar-se por três
processos diferentes. Sabe-se que, conforme o
meio, há um processo único possível ou um
predominante. Assim, no vácuo, num fluido e num
sólido a transferência de calor se efetua,
respectivamente, por:
a) convecção, radiação, condução.
b) condução, convecção, radiação.
c) radiação, convecção, condução.
d) condução, radiação, convecção.
e) radiação, condução, convecção.
12) (UFPI) A transferência de calor de um ponto a
outro de um meio pode efetuar-se por três
processos diferentes. Sabe-se que, conforme o
meio, há um processo único possível ou um
predominante. Assim, no vácuo, num fluido e num
sólido a transferência de calor se efetua,
respectivamente, por:
a) convecção, radiação, condução.
b) condução, convecção, radiação.
c) radiação, convecção, condução.
d) condução, radiação, convecção.
e) radiação, condução, convecção.
Dilatação
de Sólidos
Fenômeno provocado pela
variação de temperatura, que
acarreta mudança na distância
entre as “partículas” que
formam o corpo.
Logo suas dimensões sofrem alteração.
Dilatação de Sólidos
Variação
de
temperatura
Variação
da distância
entre
moléculas
Variação
das
dimensões
do corpo
Dilatação de Sólidos
Dilatação de
Sólidos
Na prática só existe dilatação
volumétrica de sólidos, a
classificação é feita
dependendo da dimensão mais
importante do corpo.
Ex: fio ( comprimento )
chapa ( área ) ....
Dilatação Linear
Sólidos cuja dimensão mais importante
é o comprimento (1 dimensão ) por exemplo
em fios,barras, canos, etc.
Dilatação de uma Barra
LFinal
LO
L
fi
Aquecimento
da barra
Dilatação Linear
O Comprimento final da barra
pode ser expresso pela relação
abaixo :
LFinal =LO +  L
Variação do Comprimento
 L =LO . . 
A dilatação linear depende :
do tipo de material (  )
do comprimento inicial (Lo)
da variação de temperatura ()
2. Tabela de Coeficientes de
Dilatação Linear
10-6(oC-1) Faixa de temperaturas
0,6
Temp. ambiente
2,6
Temp. ambiente
3
100 °C-390 °C
3,2
20 °C-300 °C
4,5
Temp. ambiente
4,9
Temp. ambiente
6,8
Temp. ambiente
8,6
20 °C-300 °C
9
100 °C-390 °C
14
100 °C-390 °C
14
540 °C-980 °C
Instituto Educacional Imaculada
Substância
Quartzo fundido
Silício
Carbono e Grafite
Vidro Pyrex
Tungstênio
Cromo
Cimento(concreto)
Vidro (de janela)
Platina
Ouro
Aço
Exercício
Uma barra apresenta a 10oC o
comprimento de 90m, sedo feita de um
material cujo coeficiente de dilatação
linear médio vale 19.10-6 oC-1. A barra é
aquecida até 20oC. Pede-se:
a) a dilatação ocorrida;
b) o comprimento final da barra.
Exercício
O gráfico mostra como varia o comprimento de
uma barra metálica em função da temperatura.
a) Determine o coeficiente de dilatação linear
médio do metal, no intervalo considerado;
b) Considerando que não haja variação do
coeficiente de dilatação linear para temperaturas
maiores que 40oC, determine o comprimento da
barra a 70oC.
4. Dilatação Superficial dos Sólidos
A 0  L20
A  L2 
A  L0  L  
2
A  L20  2.L0 .L  L2
45
4. Dilatação Superficial dos Sólidos
A 0  L20
A  L2 
A  L0  L  
A  A 0  2.L 0 .L 0 ..
A  L20  2.L0 .L  L2
A  A 0  2.A 0 ..
2
A  A 0 .2.
  A  A 0 ..
  2

46
Dilatação Superficial
Estuda a dilatação em duas dimensões
(comprimento e largura).
A  Ao . .T
A  Ao  A
  2.
Dilatação Volumétrica
Estuda a dilatação em três
dimensões (comprimento, largura
e espessura).
V  Vo . .T
V  Vo  V
  3.
Dilatação Volumétrica dos
líquidos.
Os líquidos sempre estão contidos
em recipientes sólidos. Portanto
quando são aquecidos ambos se
dilatam.
V  Vo . .T
 liquido   ap   rec
Resumo
Dilatação
Dimensões
Linear
1(comp) L  L0  L
Superficial
Grandeza
Final
Variação da Gr. Coeficiente
L  L0
: c. dilat
linear
2(compx A  A0  A A  A0 
larg)
: c.
Superf.
( = 2 )
: c.
volum.
( = 3 )
Volumétrica 3(cmp x V  V0  V V  V0
largx
alt)
Relação dos
Coeficientes

1


2


3
Final 1ª parte
Dilatação no Cotidiano
Ponte Metálica(Extremidade
móvel)
Pontes e calçadas
Curiosidades
Um incêndio na floresta estendeu-se aos
dormentes dessa estrada. O calor
produzido pelas chamas fez as
moléculas do aço vibrarem tão
violentamente que elas se empurraram
umas às outras, com força suficiente
para fazer os trilhos expandirem-se até
se envergarem.
Os cabos de aço da ponte "Golden
Gate" de São Francisco (E.U.A.) ficam
1,50 metros mais baixos, no meio da
ponte, no verão do que no inverno,
devido à dilatação.
Dilatação no Cotidiano
Lâmina Bimetálica
Formada pela união de
2 metais diferentes, é um
interruptor controlado
por temperatura.
3. Aplicação: Lâmina Bimetálica
Latão = 19,0.10-6 oC-1
Invar = 1,5.10-6 oC-1
Sugestão de leituras:
1ª) Como funciona o pisca-pisca de uma árvore de
natal;
59
2ª) Como funciona um termômetro com faixa
bimetálica (geladeira);
Utilização
Pisca - Pisca
A corrente elétrica
esquenta a lâmina.
Com a dilatação, o
circuito é interrompido.
Acender uma lâmpada
com um fósforo.
Acender uma lâmpada
com um fósforo.
Na geladeira, um bimetal
liga e desliga o motor da
geladeira
Mantimentos
quentes
Motor
ligado
Na geladeira, um bimetal
liga e desliga o motor da
geladeira
Mantimentos
frios
Motor
desligado
Ferros e
Aquecedores.
A lâmina é usada
para controlar a
temperatura.
Dilatação de Líquidos
Num líquido, só existe dilatação
volumétrica.
Quando esse líquido estiver contido
num recipiente, precisamos
considerar que o dois dilatam juntos.
Dilatação Térmica dos
Líquidos
Ao aquecer um líquido, o recipiente também
dilata:
O volume de líquido extravasado corresponde à
medida da dilatação aparente e não a dilatação
real.
Dilatação de Líquidos
Ocorre dilatação do líquido e do
recipiente que o contém.
Variação do Volume :
V =V
LÍQ
REC
+ VAPAR
Dilatação Térmica dos
Líquidos
V  VAp  VF




V0 ..
V0 . Ap .
V0 .F .
V  VAp  VF
V0 ..  V0 . Ap .  V0 . F .  V0 . 
   Ap   F
A
dilatação real do líquido é a soma da
dilatação aparente e da dilatação do
frasco:
Refazer
esta parte
DILATAÇÃO IRREGULAR DA ÁGUA
Volume (L)
densidade
1,0016
1,0014
1,0012
1,0010
1,0008
1,0006
1,0004
1,0002
1,0000
0
VOLUME
1,1000
1,0002
0
4
8 12 16
Temperatura (oC)
Ponto de MÍNIMO VOLUME
4
Temperatura (oC)
A questão estrutural
Água no estado líquido
Água no estado sólido
Comportamento anômalo da
água
 Como
a densidade depende do inverso
do volume, a densidade apresenta para
a temperatura de 4oC um ponto de
máximo valor.
Instituto Educacional Imaculada
mm
d
V
73
Por que a água dos lagos não
congelam?
74
Exemplo
(UFPEL-RS/2005) A água, substância fundamental para a vida
no Planeta, apresenta uma grande quantidade de
comportamentos anômalos. Suponha que um recipiente, feito
com um determinado material hipotético, se encontre
completamente cheio de água a 4°C. De acordo com o
gráfico e seus conhecimentos, é correto afirmar que:
apenas
a
diminuição
de
temperatura fará com que a água
transborde.
Instituto Educacional Imaculada
a)
b) tanto o aumento da temperatura
quanto
sua
diminuição
não
provocarão o transbordamento da
água.
c) qualquer variação de temperatura
fará com que a água transborde.
d) a água transbordará apenas para
temperaturas negativas.
e) a água não transbordará com um
aumento de temperatura, somente
se o calor específico da substância
for menor que o da água.
75
Resposta: C
Exemplo
Instituto Educacional Imaculada
(Unicamp-SP)
a) Na figura 1 pode-se ver como varia o volume V
de 1kg de água quando a sua temperatura varia
de 0oC a 10oC. Esboce o gráfico da densidade
da água em função da temperatura nesse
intervalo.
76
Exemplo - continuação
Instituto Educacional Imaculada
b) Na figura 2 mostram-se dois recipientes A e B
preenchidos com iguais massas de água
inicialmente a 4oC. Os recipientes A e B estão
isolados termicamente, com exceção da tampa
de A e da base de B, que são condutoras e
mantidas permanentemente a 0oC. Em qual dos
dois recipientes a temperatura uniforme de 0oC
será atingida primeiro?
77