AULA 14
TRANSMISSÃO DE CALOR
1- INTRODUÇÃO
Neste capítulo estudaremos os três processos de transmissão de
calor e a dilatação térmica nos sólidos e nos líquidos. .
2- CONDUÇÃO
Condução é o processo de transmissão de calor em que a energia se
transfere de molécula para molécula sem que elas se desloquem.
Obs. A condução não ocorre no vácuo.
Como exemplo, temos um bloco de bronze com uma de suas
extremidades em contato com o fogo. O calor atravessa esse bloco de
molécula para molécula.
3- CONVECÇÃO
Convecção é o processo de transmissão de calor, no qual a energia
se transfere junto com as massas fluídas que trocam de posições devido
às suas diferentes densidades provocadas pelas diferenças de
temperatura.
Obs. A convecção não ocorre no vácuo nem nos meios sólidos.
Como exemplo, temos o ar-condicionado de uma sala, instalado na
parte superior. O aparelho está instalado na parte superior, para
favorecer a convecção do ar. O ar que sai do aparelho está frio (mais
denso) e por isso desce, já o ar que está na sala, em sua volta, está
mais quente (menos denso) que o que sai do aparelho e por isso ele
sobe. Esse sobe e desce das massas de ar, devido as diferentes
temperaturas, é o que chamamos correntes de convecção.
FIGURA
4- RADIAÇÃO OU IRRADIAÇÃO
Radiação é o processo de transmissão de calor em que a energia se
transfere de um local para outro através de ondas eletromagnéticas.
Obs. Ocorre no vácuo e em meios materiais.
Como exemplo, temos o calor que recebemos diariamente aqui na terra,
vindo do sol. As ondas de calor emitidas pelo sol são eletromagnéticas e
por isso não exigem meios materiais para se propagarem.
FIGURA
5- FLUXO DE CALOR (f)
Observe que esta barra de bronze está sendo atravessada por um
fluxo de calor. O fluxo de calor representa a quantidade de calor que
atravessa esta barra na unidade de tempo. Experimentalmente
verificou-se que o fluxo depende do material que constitui esta barra,
pois, há materiais mais condutores de calor e outros menos condutores.
A condutibilidade térmica (C) é característica de cada material.
Verificou-se ainda, que o fluxo era diretamente proporcional à área de
secção transversal (A) desta barra, à diferença entre as temperaturas
(Dq) das faces opostas e inversamente proporcional ao comprimento da
barra (e).
6- DILATAÇAÃO TÉRMICA NOS SÓLIDOS
Quando um corpo sólido sofre uma alteração em sua temperatura,
suas dimensões se alteram. A essa alteração de dimensões chamamos
dilatação térmica.
Como exemplo, temos um cubo que será aquecido. Veja que ao se
dilatar, ele sofre um aumento em suas arestas, na área de cada face e
em seu volume.
Podemos observar que os sólidos irão sofrer três tipos de dilatação,
que estudaremos a seguir.
7- DILATAÇÃO LINEAR OU UNIDIMENSIONAL (DL)
A dilatação linear mede o aumento do comprimento do corpo e tem
duas definições. Uma definição óbvia que é a diferença entre os
comprimentos final e inicial.
Uma outra definição obtida experimentalmente verifica que a
dilatação linear é diretamente proporcional ao comprimento inicial do
corpo e a variação de temperatura sofrida por ele. O coeficiente de
proporcionalidade é chamado de coeficiente de dilatação linear ou
unidimensional e representado pela letra a.
8- GRÁFICO DA DILATAÇÃO LINEAR
Através da ultima equação, verificamos que o comprimento do corpo
cresce linearmente com a temperatura. Daí podemos traçar o gráfico
abaixo.
9- DILATAÇÃO SUPERFICIAL OU BIDIMENSIONAL (DS)
Para definir a dilatação superficial, foram usados conceitos análogos
aos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação é bidimensional e,
portanto, o coeficiente de dilatação é superficial ou bidimensional e será
representado pela letra b.
10DILATAÇÃO
VOLUMÉTRICA
TRIDIMENSIONAL (DV)
OU
CÚBICA
OU
Para definir a dilatação volumétrica, também foram usados conceitos
análogos aos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação é
tridimensional e, portanto, o coeficiente de dilatação é volumétrico ou
cúbico ou bidimensional e será representado pela letra g.
11- RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES
a, b e g
A relação entre os coeficientes de dilatação está mostrada a seguir.
12- DILATAÇÃO TÉRMICA NOS LÍQUIDOS
Nos líquidos só tem significado o estudo da dilatação volumétrica.
Para se estudar a dilatação nos líquidos, devemos colocá-lo num
recipiente sólido. Ao aquecermos o conjunto, tanto o líquido quanto o
sólido sofrerão dilatação. Então, ao se estudar a dilatação dos líquidos,
vamos observar dois tipos de dilatação. A dilatação real, que depende
somente do líquido, e a dilatação aparente, que depende do líquido e do
recipiente.
Abaixo temos um recipiente totalmente cheio de um líquido. Ao se
aquecer o conjunto, parte do líquido transborda e a este volume
transbordado chamamos dilatação aparente. Como o recipiente também
se dilatou, o volume final de líquido dentro do recipiente é maior que o
inicial. Então, temos que a dilatação real do líquido é a soma da
dilatação do recipiente e a dilatação aparente.
EXERCÍCIOS
1- (UNISA-SP) – Uma panela com água está sendo aquecida
num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede
do fundo da panela para a água que está em contato com essa
parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição,
o calor se transmitiu predominantemente por
a) radiação e convecção
b) radiação e condução
c)
convecção e radiação
d) condução e convecção
e)
condução e radiação
2- (FUVEST) – Têm-se dois copos, com a mesma quantidade de
água, um aluminizado A e outro negro N, que ficam expostos ao
Sol durante uma hora. Sendo inicialmente as temperaturas
iguais, é mais provável que ocorra o seguinte:
a) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual temperatura é
maior.
b) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante.
c) Após uma hora a temperatura de N é maior que a de A.
d) De início, a temperatura de A decresce (devido à reflexão) e a
de N aumenta.
e) As temperaturas de N e de A decresceram (devido à
evaporação) e depois cresceram.
3- (UFU-MG) – Um orifício numa panela de ferro, a 0°C, tem
5cm2 de área. Se o coeficiente de dilatação linear do ferro é de
1,2.10-5°C-1, a área desse orifício a 300°C será, em cm2:
a) 5,018
b) 10,036
c) 10,072
d) 5,036
e) 4,964
4- (MACKENZIE-SP) – À temperatura de 0°C, uma barra
-5
-1
metálica A ( a A = 2.10 °C ) tem comprimento de 202,0mm e
-5
-1
outra barra metálica B ( a B = 5.10 °C ) tem comprimento
200,8mm. Aquecendo-se essas barras, elas apresentarão o
mesmo comprimento à temperatura de:
a) 100°C
b) 150°C
c) 180°C
d) 200°C
e) 220°C
5- (FATEC) – Um fio de cobre de 100m sofre aumento de
temperatura de 10°C. O coeficiente de dilatação linear do cobre é
17.10-6°C-1. A variação do comprimento foi de:
a) 17mm
b) 17cm
c) 17m
d) 1,7m
e) 100,17m
RESPOSTAS
1.
2.
3.
4.
5.
ALTERNATIVA
ALTERNATIVA
ALTERNATIVA
ALTERNATIVA
ALTERNATIVA
D
C
A
D
A