TRANSMISSÃO DE ENERGIA TÉRMICA
CONDUÇÃO
Uma lareira acaba de ser acesa. Uma pessoa coloca a palma da mão na face externa da
parede da lareira e percebe que aos poucos ela vai se aquecendo. Isso significa que o
calor gerado pela chama se conduz através da espessura da parede. Em contato com a
chama, as moléculas da face interna da parede começam a se agitar muito. Essa agitação
intensa é que se transmite de molécula para molécula até atingir a palma da mão.
Condução é a transmissão de Energia Térmica de molécula para molécula.
Existem materiais que conduzem bem o calor: são chamados de "bons condutores" de
calor. Os metais, em geral, são bons condutores de calor.
Outros materiais dificultam a condução do calor: são os "maus condutores" de calor ou
"isolantes térmicos". São isolantes térmicos: a lã, o isopor, a lã de vidro, a borracha de
vidro, entre outros.
1.1 Fluxo Térmico
Seja Q a quantidade de energia térmica que, durante um intervalo de tempo ê t, passa
através de uma superfície.
O fluxo térmico através dessa superfície é a grandeza E , definida por:
E = Q/ê t
Unidade no SI: Joule/segundo(J/s)
Unidade prática: caloria/segundo(cal/s)
Esse fluxo indica a quantidade de energia térmica que atravessa a superfície por unidade
de tempo
1.2 Fluxo Térmico por Condução em Regime Permanente
Dois ambientes, um com temperatura mais alta e outra mais baixa, separados por uma
parede. Observe
T2<T1
Ambiente 2 c Ambiente 1
Fluxo térmico
Face da área A, |---- L ----| Face da área A,
temperatura T2 temperatura T1
- é proporcional à área ª De fato se a área fosse por exemplo, o dobro que é, o fluxo
térmico através da parede também seria o dobro.
Sendo ?T = T1-T2, Ø é proporcional a |?T/L|, ou seja, é proporcional à diferença de
temperatura por unidade de comprimento ao longo da espessura L;
- depende de uma grandeza característica do material que é feita a parede, denominada
coeficiente de condutibilidade térmica, que simbolizaremos por k. Nos metais, que são
os melhores condutores térmicos, k assume os maiores valores.
Nos isolantes térmicos, por outro lado, k assume os menores valores.
1.3 – Comentários
Trabalhadores em altos-fornos usam roupas de lã para não se queimar.
O gelo é mau condutor de calor. Por isso é conveniente retirar periodicamente o excesso
de gelo que se forma na geladeira para deixar que os alimentos fiquem em contato mais
perfeito com a serpentina por onde passa o gás refrigerante (freon).
CONVECÇÃO
O recipiente contém água que começa a esquentar sobre um bico de gás. A primeira
porção de água que esquenta (por condução) é a mais próxima da chama. Ao esquentar,
essa porção sofre dilatação térmica e torna-se menos densa do que o restante da água.
Então ela sobe, cedendo seu lugar para porções
de água mais frias (que estão na parte superior do recipiente) que descem. Enquanto
estiver aceso o bico de gás, porções mais quentes de água continuarão subindo e
porções mais frias de água continuarão descendo. Desse modo, todas as porções de água
recebem calor rapidamente. É a convecção térmica. As correntes de água subindo e
descendo chamam-se correntes de convecção.
Convecção é a transmissão térmica por deslocamento de porções de material
aquecido.
A convecção térmica é típico processo de transmissão de calor que ocorre em líquidos e
gases.
1.1 – Comentários
Os ventos são correntes de convecção originadas pelo deslocamento do ar atmosférico.
Numa geladeira, o congelador é sempre colocado na parte de cima. O ar aquecido pelo
contato com os alimentos sobe, enquanto o ar resfriado pelo congelador desce. A
circulação do ar frio favorece a conservação dos alimentos.
IRRADIAÇÃO
O sol aquece os planetas, de modo que a vida, tal como a conhecemos, é possível na
face da Terra. O calor vem do Sol até nós através de radiações especiais chamadas
radiações eletromagnéticas, das quais as mais importantes são os raios
infravermelhos. Os raios infravermelhos são do mesmo tipo que
os raios de luz: propagam-se da mesma maneira e são refletidos e absorvidos do mesmo
modo. Porém os raios infravermelhos são invisíveis e podem ser detectados através de
chapas fotográficas especiais (são as chapas que fotografam "no escuro") ou lunetas
sensíveis especiais (para caça ou guerra noturnas).
Os raios eletromagnéticos (como luz e raios infravermelhos) propagam-se perfeitamente
no vácuo, não necessitando suporte material para sua transmissão.
Irradiação – É a transmissão térmica por meio de raios infravermelhos
Os raios infravermelhos não se propagam igualmente em todos os meios.
O vácuo tem transparência total para a propagação dos raios infravermelhos.
Os metais e o concreto são opacos para os raios infravermelhos
Certos materiais como o vidro, o ar, a água são semitransparentes para a sua
propagação.
Num corpo semitransparente, uma parte dos raios infravermelhos incidentes sofre
reflexão, uma parte o atravessa e uma outra parte é absorvida pelo material. O
aquecimento do copo deve-se à parcela de radiação absorvida por ele.
Superfícies escuras absorvem mais calor do que superfícies claras. Superfícies polidas
refletem mais calor do que superfícies foscas.’
VASO DE DEWAR (OU GARRAFA TÉRMICA)
É um recipiente que não permite a rápida troca de calor entre o líquido que ele contém e
o meio ambiente. Assim, dentro de uma garrafa térmica, o café permanece quente por
muito tempo ou o refresco pode permanecer gelado. As paredes são de vidro, que é um
bom isolante térmico, dificultando a condução de calor. Para melhorar o isolamento, as
paredes são duplas, com vácuo entre elas. O vácuo impede a condução e a convecção do
calor.
O vidro é espelhado para causar a reflexão dos raios infravermelhos. Isso dificulta o
ganho ou a perda de calor por parte do líquido, através da irradiação.
A tampa é de cortiça, razoável isolante térmico.