042 - Radiação térmica

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<p>TERMOLOGIA</p><p>RADIAÇÃO TÉRMICA SLIDE 042/1ºANO</p><p>Ensino Médio</p><p>A figura 8 mostra uma pessoa se aquecendo próximo ao fogo. Como o ar é um gás, sua condutividade térmica é pequena, e a transferência de calor por condução térmica das chamas às mãos da pessoa é desprezível. Tão pouco as mãos se aquecem por convecção, pois o ar quente sobe. As mãos, nesse caso, se aquecem porque elas absorvem parte da radiação emitida pelas chamas.</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>De fato, todos os corpos emitem radiação na forma de ondas eletromagnéticas. Assim, as chamas transmitem radiação para as mãos da pessoa, mas essas também transmitem radiação para as chamas. Como a temperatura das chamas é muito maior que a temperatura das mãos, o fluxo de calor líquido por radiação térmica ocorre das chamas para as mãos.</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>As ondas eletromagnéticas podem se propagar em diversos meios, inclusive no vácuo. Assim, enquanto as propagações do calor por condução e por convecção necessitam de um meio material, a propagação do calor por radiação manifesta-se também no vácuo. Na verdade, não havendo a presença de matéria para absorver a energia da onda eletromagnética, a transferência de calor por radiação ocorre com mais e ciência justamente no espaço vazio.</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>Existem vários tipos de ondas eletromagnéticas, diferenciando-se pela frequência de oscilação da onda. Qualquer corpo emite ondas eletromagnéticas em uma infinidade de frequências. Porém, de acordo com a temperatura, a radiação ocorre predominantemente em certa faixa de frequência, conforme indicado na figura 9. Por exemplo, o Sol, cuja superfície acha-se aproximadamente a 6 000 K, transmite calor para a Terra por meio de ondas eletromagnéticas predominantemente na faixa da luz visível, enquanto as paredes do forno de um fogão, à temperatura de 500 K, assam os alimentos, predominantemente, por meio de radiação infravermelha, também conhecida como radiação térmica ou onda de calor.</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>A RADIAÇÃO E AS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS</p><p>Uma superfície emissora ideal de radiação é chamada de corpo negro, cuja taxa de emissão de radiação eletromagnética é dada por:</p><p>A LEI DE STEFAN-BOLTZMANN E AS PROPRIEDADES RADIANTES DA MATÉRIA</p><p>Nessa equação, φn é a quantidade de radiação emitida pelo corpo negro por unidade de tempo. No Sistema Internacional, φn é dado em watt, o fator σ é a constante de Stefan-Boltzmann, que vale 5,67 x 10–8 W/ m2K4, A é a área da superfície emissora em m2, e T é a temperatura absoluta da superfície, em Kelvin (K).</p><p>A LEI DE STEFAN-BOLTZMANN E AS PROPRIEDADES RADIANTES DA MATÉRIA</p><p>A taxa de radiação emitida por uma superfície real é menor que aquela emitida por um corpo negro à mesma temperatura, sendo dada por:</p><p>A LEI DE STEFAN-BOLTZMANN E AS PROPRIEDADES RADIANTES DA MATÉRIA</p><p>O	parâmetro	ε	é	uma	propriedade	radiante	da</p><p>superfície, conhecida como emissividade. A faixa de variação da emissividade é 0≤ε≤1.Para um corpo negro,ε=1, e para os corpos reais,ε</p><p>como ocorre, por exemplo, com uma pizza dentro de um forno, as radiações emitidas pela superfície e por sua</p><p>vizinhança são de mesma natureza, e, assim, a superfície pode ser considerada um corpo cinza (α = ε) e a vizinhança,</p><p>um	corpo	negro	(ε</p><p>=	1).	Nesse	caso,	a	troca	líquida	de</p><p>radiação na superfície é dada por:</p><p>A LEI DE STEFAN-BOLTZMANN E AS PROPRIEDADES RADIANTES DA MATÉRIA</p><p>Para exemplificar o uso dessa equação, considere uma pequena pizza de área 1,0 x 10–2 m2 dentro de um forno, cujas paredes estão à temperatura de 187 oC (460 K). Se a pizza estiver a 57 oC (330 K), e a sua emissividade for de 80%, então a taxa líquida de radiação que a pizza recebe vale:</p><p>A LEI DE STEFAN-BOLTZMANN E AS PROPRIEDADES RADIANTES DA MATÉRIA</p><p>interna	de	um	corpo	é</p><p>insensível	às pelo	corpo.</p><p>refletidas a	energia</p><p>e	transmitidas interna	tende</p><p>A	energia radiações Contudo, quando	o</p><p>a		aumentar corpo	absorve	radiação	e	a	diminuir</p><p>quando o corpo emite radiação. Obviamente, para a energia interna de um corpo não variar, a quantidade de energia recebida deve ser igual à energia cedida.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>Além da radiação emitida e absorvida, um corpo também pode trocar calor com a vizinhança por meio da convecção e da condução térmica. A seguir, discutiremos dois sistemas em que o equilíbrio térmico é o resultado do balanço de energia envolvendo dois ou três modos de trocas de calor.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>O primeiro sistema que vamos analisar é a estufa mostrada na figura 11. O vidro é transparente à luz visível, de modo que a maior parte da radiação solar penetra na estufa e é absorvida pelo solo e pelas plantas. Aquecidos, esses corpos emitem radiação infravermelha. O vidro, que não é transparente a essa radiação, absorve e reflete a radiação, reforçando o aquecimento da estufa.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>Outra função do vidro é impedir que o ar morno se eleve, transportando calor por convecção para o exterior. A estufa atinge um estado de equilíbrio térmico quando a quantidade de energia solar absorvida pelo interior da estufa é igual à energia liberada pelos vidros aquecidos através da emissão de radiação infravermelha e da transferência de calor por convecção.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>O mecanismo de aquecimento da Terra é semelhante ao de uma estufa. Vapor de água, dióxido de carbono e metano são os principais gases estufa na atmosfera. Devido às emissões industriais, a concentração de dióxido de carbono está aumentando, de forma que grande parte da radiação infravermelha emitida pela superfície terrestre é absorvida e refletida pela atmosfera. Um novo estado de equilíbrio deverá ocorrer, mas com a temperatura do planeta podendo atingir um valor muito alto, de forma a causar o derretimento de geleiras e a elevação do nível dos oceanos.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>O outro exemplo que vamos analisar é a garrafa térmica mostrada na figura 12. Nesse caso, o sistema não se acha em equilíbrio térmico, pois o café quente da garrafa sofre um resfriamento lento. Uma garrafa térmica é um reservatório de vidro duplo espelhado e com vácuo entre eles. O vácuo dentro da garrafa, que não é perfeito, dificulta a transferência de calor por condução e por convecção.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>A parede interna reflete grande parte da radiação infravermelha emitida pelo café, minimizando as perdas de energia. A parede externa reflete a radiação emitida pela parede aquecida, por condução, pelo café. Por m, a função da tampa é evitar que o ar sobre o café se eleve, transferindo calor por convecção. Sendo feita de um material isolante, a tampa também dificulta a transferência de calor por condução.</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>BALANÇOS DE ENERGIA E EFEITOS COMBINADOS</p><p>REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA</p><p>SAMPAIO,	José	Luiz	[et.	al].	Universo	da	Física.	Volume Único. São Paulo: Atual, 2005.</p><p>COUTO,	Francisco	Pazzini	[et.al].	Física.	São	Paulo: Bernoulli, 2013.</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.jpg</p><p>image6.jpg</p><p>image7.png</p><p>image8.jpg</p><p>image9.png</p><p>image10.jpg</p><p>image11.jpg</p><p>image12.png</p><p>image13.jpg</p><p>image14.jpg</p><p>image15.jpg</p><p>image16.jpg</p><p>image1.jpg</p>