Relatório de aula prática

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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL JAYME ALTAVILA
CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC 
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
FRANCISCA CAROLINE DE MELO CAMELO SANTOS
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO SOBRE MEIOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR
Maceió 
 2013 
FRANCISCA CAROLINE DE MELO CAMELO SANTOS
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO SOBRE MEIOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR
Relatório de Estágio Supervisionado apresentado ao Centro Universitário CESMAC, do Curso de Engenharia de Produção, como composição da segunda nota do presente período, desenvolvido sob a orientação do Professor Arnos Oliveira.
Maceió 
 2013
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.................................................................................................................03
OBJETIVOS......................................................................................................................04
FUNDAMENTOS TEÓRICOS.........................................................................................05
 Condução.....................................................................................................................05
 Convecção....................................................................................................................05
Irradiação......................................................................................................................05
PRÁTICA 1 – ATIVIDADE SOBRE CONDUÇÃO....................................................... 06
Materiais necessários....................................................................................................06
Montagem.....................................................................................................................06
Andamento das atividades............................................................................................07
PRÁTICA 2 – ATIVIDADE SOBRE CONVECÇÃO......................................................08
Materiais necessários....................................................................................................08
Montagem.....................................................................................................................08
Andamento das atividades............................................................................................08
PRÁTICA 3 – ATIVIDADE SOBRE IRRADIAÇÃO.....................................................10
Materiais necessários....................................................................................................................10
Montagem.....................................................................................................................10
Andamento das atividades............................................................................................10
 
CONCLUSÃO.................................................................................................................. 12
REFERÊNCIAS................................................................................................................ 13
ANEXOS.......................................................................................................................... 14
Prática 1 – Atividade sobre condução...........................................................................14
Prática 2 - Atividade sobre convecção..........................................................................15
Prática 3 - Atividade sobre irradiação...........................................................................16
INTRODUÇÃO 
A transferência de calor é uma área que envolve diversos problemas de engenharia, boa parte dos processos industriais, como a produção de energia elétrica, motores de combustão interna, sistemas de aquecimento e refrigeração, por exemplo, devem seu funcionamento a esses meios de transferência de calor, suas propriedades e aplicabilidades. 
 Vem desses aspectos incontestáveis a importância da compreensão dos fundamentos a respeito desse setor na formação sólida dos engenheiros. 
A transferência de calor é a transição de energia térmica de uma região mais quente para uma região mais fria, ou seja, é a troca de energia calorífica entre dois sistemas de temperaturas diferentes. Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios ocorrera a transferência de calor, já que o sistema busca estar em equilíbrio. 
No presente relatório, estudaremos as diferentes forma de propagação da energia térmica e suas características particulares. 
4OBJETIVOS
Identificar, comparar e classificar as formas de propagação do calor;
Concluir que o calor pra se propagar, necessita de uma diferença de temperatura entre as regiões de escoamento;
Concluir que o fluxo térmico sempre se verifica no sentido das temperaturas decrescentes. 
5FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
“Quando existe uma diferença de temperatura entre duas regiões do espaço, esta tende a desaparecer, espontaneamente, pela passagem de calor de uma região para a outra”
“Ao conjunto de fenômenos que caracterizam essa passagem de calor, damos o nome de transmissão de calor. A transmissão de calor pode se efetuar de três maneiras distintas, designadas condução, convecção e irradiação, obedecendo cada uma dessas formas, suas leis próprias.” 
CONDUÇÃO 
Nas atividades que seguirão, observaremos que a chama de uma lamparina transmite energia térmica à haste metálica. Esta energia térmica, ao penetrar na haste, causa movimentos vibratórios que permitem um intercâmbio de energia cinética entre as moléculas, isto é, as mais energéticas cedem as menos energéticas. 
A transmissão de energia é feita de molécula a molécula, porem, sem o deslocamento de matéria. Constataremos o deslocamento dessa energia pelas quedas sucessivas dos pinos de referência. 
CONVECÇÃO 
É a forma de propagação do calor própria nos fluidos. 
Ao acedemos a lâmpada, a energia elétrica se transforma em energia térmica e luminosa, o ar (próximo a lâmpada) se dilata, diminui de densidade e sobe, enquanto o ar frio, penetrando por baixo do sistema ocupa o lugar deixado pelo ar quente. O fenômeno se repete formando as correntes de convecção, ou seja, as correntes ascendentes de ar quente e as descendentes do ar frio. Constataremos a formação dessa corrente pelo movimento da ventoinha. 
Na convecção, a transmissão de energia térmica é feita de molécula a molécula, porem, com deslocamento da matéria. 
IRRADIAÇÃO
É um meio de transporte do calor de natureza eletromagnética. 
Qualquer corpo, com temperatura superior a zero grau Kelvin, irradia energia. 
Nesta atividade, o processo se baseia no fato de termos uma resistência elétrica que, ligada a uma tomada elétrica, produz irradiações na faixa do infravermelho. Estas irradiações, parte por incidência direta e parte por reflexões na superfícies existentes no contorno do experimento, incidem sobre o bulbo do termômetro provocando a dilatação da coluna termométrica.
6PRÁTICA 1 - ATIVIDADE SOBRE CONDUÇÃO
 MATERIAL NECESSÁRIO: 
Um tripé; 
Cinco esferas;
Fonte térmica;
Uma vela;
Uma caixa de fósforos;
Um conjunto demonstrativo para o estudo do calor – condução A;
Uma haste;
Três sapatas niveladoras. 
MONTAGEM:
 
 Figura 1
Fixe o conjunto A na haste (através do manípulo 1), 20 mm acima do pavio da lamparina. 
Solte o manípulo 2 e gire a calha C de modo a deixar a canaleta para cima. Prenda, com cera de vela, as esferas metálicas nas regiões assinaladas na canaleta (procure usar o mínimo possível de parafina).
Torne a girar a calha (com as esferas presas com cera) para a posição da figura 1.
 
 
7ANDAMENTO DAS ATIVIDADES:
Ative a fonte térmica e aqueça a regiãoextrema de A. Descreva o observado.
Aos 30 segundos a esfera metálica mais próxima à forte térmica ativada na região extrema da haste caiu, sendo seguida, em ordem, pelas demais no período de 07min:07s. 
Como você explicaria o fato de se introduzir energia no ponto A e as esferas se desprenderem, sucessivamente, nos pontos 1, 2, 3, 4 e 5 da calha?
A explicação cabível é de que a energia térmica tenha progredido por meio da haste até a última esfera, derrubando-as ao longo do caminho. 
Qual a função da cera e das esferas utilizadas neste experimento?
A função da cera é derreter à medida que o calor chega e, consequentemente, desprender as esferas, facilitando a visualização e entendimento do procedimento.
Poderia a esfera 2 cair antes da esfera 1? Justifique a sua resposta.
Se, como recomendado na montagem, o uso da parafina para fixar as esferas fosse o mínimo possível e estivesse em quantidades iguais, não, a esfera 2 não poderia cair antes da esfera 1. O calor só é transferido através da agitação atômica que acontece gradualmente, a medida que os átomos transferem uma parte de sua energia para seus vizinhos, iniciando uma cadeia, ou seja, o fluxo vai da região com maior temperatura para a menor e, sendo assim, a energia térmica só poderia ter chegado à esfera 2 após ter passado pela 1. 
Como se denomina esta maneira de o calor se propagar e qual a sua principal característica?
O procedimento observado na PRÁTICA 1 é denominada condução térmica e sua principal característica é a transferência de energia sem a transferência de matéria, ocorrendo, assim, predominantemente nos sólidos.
8PRÁTICA 2 – ATIVIDADE SOBRE CONVECÇÃO
MATERIAL NECESSÁRIO:
 • um conjunto demonstrativo da propagação do calor;
 • três sapatas niveladoras;
 • uma ventoinha.
MONTAGEM:
 Figura 2
Monte o conjunto, conforme a figura 2, mantendo a chave | desligada.
Com a lâmpada desligada, verifique se a ventoinha se encontra sobre o meio da lâmpada,caso contrário, ajuste o sistema de modo a consegui-lo.
ANDAMENTO DAS ATIVIDADES: 
Ligue a lâmpada, aguarde alguns minutos e comente o observado.
A ventoinha, aos 16 segundos após a lâmpada ter sido ligada, entra em movimento giratório.
O que acontece à molécula de ar frio que se encontra próxima da lâmpada ligada e aquecida? 
Ganha energia cinética, aumentando seu estado de vibração e movendo-se mais rápido. 
Com base no Princípio de Arquimedes, justifique o movimento de subida da molécula de ar aquecida.
9As moléculas ao passarem a mover-se mais rápido separam-se umas das outras, aumentando o volume ocupado inicialmente por sua massa fluida e, consequentemente, sofre diminuição da densidade. Segundo Arquimedes, o fluido com densidade inferior ao do meio sofre a ação de uma força vertical para cima, o empuxo, ocupando o lugar do fluido de menor temperatura, o mais denso, que desce.
Procure justificar a causa do movimento da ventoinha. 
Ao descer o fluido de menor temperatura ocupa o lugar antes pertencente ao fluido recentemente aquecido, passando a receber as correntes de convecção fornecidas pela fonte de calor, sofrendo diminuição de densidade e subindo, tomando o lugar do fluido que já apresenta menor temperatura. Enquanto a fonte de calor permanecer esse ciclo continuará, mantendo o fluido em circulação e causando o movimento da ventoinha. 
Como se denomina esta maneira de o calor se propagar e qual a sua principal característica? 
Essa forma de propagação de calor chama-se convecção e tem como principal característica ocorrer, na maioria dos casos, nos materiais fluidos, já que a transmissão de calor existe através do movimento desse fluido, havendo transporte de matéria. 
10PRÁTICA 3 – ATIVIDADE SOBRE IRRADIAÇÃO
 
 MATERIAL NECESSÁRIO:
Uma fonte térmica do conjunto demonstrativo propagação do calor (1);
Um termômetro até 100° C (2);
Um retângulo de papel branco 15 x 25 mm;
Um retângulo de papel carbono preto 15 x 25 mm;
Fixador de máscara para termômetro (látex com abertura lateral) (3);
Cronômetro ou relógio de pulso;
Suporte de mesa para termômetro (4).
 MONTAGEM:
 Figura 3
Execute a montagem conforme a figura 3, mantendo a chave desligada:
 ANDAMENTO DAS ATIVIDADES:
Anote a temperatura inicial indicada pelo termômetro.
23°C.
Ligue a lâmpada por cinco minutos, desligue e anote a temperatura final.
36°C.
De onde veio a energia térmica capaz de provocar a elevação de temperatura no bulbo termométrico (indicada pelo termômetro)?
Da lâmpada.
11Observe que a energia térmica cruza o espaço, inclusive o semi-vácuo do interior da lâmpada até atingir o bulbo do termômetro. Segundo suas observações você diria que as irradiações infravermelhas, de natureza eletromagnética, necessitam de um meio material para se propagar?
Não.
Como é denominada esta maneira de o calor se propagar e qual a sua principal característica?
Está propagação de calor denomina-se irradiação e destaca-se por transmitir calor por meio de radiação eletromagnética na forma de ondas. 
Procure justificar a função da superfície espelhada existente na parte traseira da lâmpada. 
A superfície espelhada no fundo da lâmpada deve refletir a luz que seria emitida para baixo, sendo assim, sua função é minimizar o “desperdício” de energia térmica. 
Cubra o bulbo do termômetro com o pequeno retângulo de papel branco e prenda-o com o fixador.
Anote a temperatura inicial.
24°C.
Ligue a lâmpada por cinco minutos, desligue e anote a temperatura final.
32°C.
Retire a máscara do termômetro e esfrie com um pano úmido Seque o bulbo e coloque a máscara de papel carbono preto, procedendo como nos itens acima.
Qual o valor final indicado no termômetro?
40°C.
Segundo suas observações, qual a cor de tecido mais recomendada para vestuários em zonas de temperatura elevada? Justifique.
A cor mais recomendada é a branca, pois é a única que reflete quase que a totalidade da radiação incidente.
12CONCLUSÃO
Muitas coisas que acontecem no dia a dia envolvem transferência de calor, como o aquecimento de água em uma chaleira, utilização de garrafas térmicas para evitar o rápido esfriamento de líquidos quentes, sistemas de ar condicionado, aquecimento do ar por meio de uma lareira entre outros. 
Com a realização do experimento agora somos capazes de compreender melhor o comportamento das formas de transmissão de calor, as formas e as condições em que atuam.
13REFERÊNCIA
 WIKIPÉDIA. Condução térmica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Condu%C3%A7%C3%A3o_t%C3%A9rmica>
 WIKIPÉDIA. Convecção térmica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Convec%C3%A7%C3%A3o>
 BENEDITO, Luis Felipe. Princípio de Stevin e Arquimedes. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABGsIAE/relatorio-principio-stevin-arquimedes>
 ARAÚJO, Lucínio Preza de. Tipos e Características de Lâmpadas. Disponível em: <http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/L%E2mpadas/tipos_caracteristicas_das_lampadas.pdf>
 WIKIPÉDIA. Irradiação térmica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Irradia%C3%A7%C3%A3o_t%C3%A9rmica>
A importância da transmissão de calor. Disponível em: <http://www1.dem.ist.utl.pt/acttce/TrCal_TTCE.html>
14ANEXOS
PRÁTICA 1 – ATIVIDADE SOBRE CONDUÇÃO
Fixação das esferas com 
pingos de vela no conjunto
Materiais Utilizados: Vela, esferas, conjunto
 
EXPERIMENTO
 Aquecimento do conjunto
15PRÁTICA 2 – ATIVIDADE SOBRE CONVECÇÃO
MATERIAIS UTILIZADOS:
 Ventoinha Conjunto
 
EXPERIMENTO:
Fase Inicial Ventoinha em movimento
 
16PRÁTICA 3 – ATIVIDADE SOBRE IRRADIAÇÃO
MATERIAIS UTILIZADOS:
 Termômetro com papel branco Termômetro com carbonoEXPERIMENTO:
 Fase Inicial Com papel branco
 
17 Com carbono