relatório de propagação de calor

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Universidade Estácio de Sá
Campos de Santa Cruz, RJ
Física Experimental II
Relatório do Experimento:
Propagação do calor
Professora: Cláudia Logelo
Data de entrega: 21/05/2015
Turma: 3104
Alunos: Laís Duarte Chicarino. Matrícula: 201201264341
Julio Pereira de Oliveira Neto. Matrícula: 201402167938 
Magnum Barbosa da Cruz. Matrícula: 201401421768.
 
Introdução
Calor é a energia térmica em transito entre corpos que estão a temperaturas diferentes. O calor passa de um corpo para o outro até que seja atingido o equilíbrio térmico.
Condução: é o processo de transmissão de calor feita de partícula para partícula sem que haja transporte de matéria de uma região para outra. O processo de transmissão de calor ocorre principalmente nos sólidos e em especial nos metais, pois estes são bons condutores de calor. Em geral, um bom condutor de eletricidade também é um bom condutor de calor.
A convecção: é o processo de transmissão de calor feita por meio do transporte da matéria de uma região para outra. A convecção é o processo que só pode ocorrer nos fluidos, pois nos sólidos as partículas não podem ser arrastadas.
Irradiação: consiste na transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em certos meios materiais como, por exemplo, no ar. Esta é a única forma de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo.
Neste relatório, descreveremos os experimentos feitos e as análises sobre a propagação de calor pelos três processos acima.
Objetivo 
Compreender e diferenciar as 3 formas de propagação do calor
Teoria
Condução:
Condutividade térmica é uma propriedade física dos materiais que descreve a habilidade dessa de conduzir calor.  
Equivale a quantidade de calor Q transmitida através de uma espessura L, numa direção normal a superfície de área A, devido ao gradiente de temperatura ΔT, sob condições de estado fixo e quando a transferência de calor é dependente apenas do gradiente de temperatura.
A quantidade de calor que atravessa, por exemplo, uma parede, por segundo, depende dos seguintes fatores:
-é diretamente proporcional à área da parede (A);
-é diretamente proporcional à diferença de temperaturas entre o interior da habitação (T2) e o exterior (T1);
-é inversamente proporcional à espessura (L) da parede.
* (Q / ΔT) = K x A x (ΔT / L)
(Q / ΔT) = energia transferida, como calor, por segundo (J/s)
K= condutividade térmica (W/m.K)
A= área (m²)
ΔT= diferença de temperaturas (K)
L= espessura (m)
Coeficiente de condutividade térmica é uma característica da natureza do material. Corresponde à quantidade de energia, sob a forma de calor, que passa, num segundo, através de 1m² de superfície, quando a diferença de temperatura entre o interior e o exterior é de 1°C.
* (Q / ΔT) = U x A x ΔT
(Q / ΔT) = energia transferida, como calor, por segundo (J/s)
U= coeficiente de condutividade térmica
A= área (m²)
ΔT= diferença de temperaturas (K)
A condutividade térmica e o coeficiente de condutividade térmica relacionam-se através da seguinte expressão:
U = K / L
A unidade U pode estar expressa em
watt por metro quadrado vezes graus Celsius (símbolo: W/m²/°C)
Abaixo segue uma relação de condutividade térmica de alguns materiais:
Convecção:
Vamos considerar uma geladeira. No congelador, ocorre troca de calor entre o ar interno e as tubulações que transportam essa energia térmica para fora da geladeira.
O ar se aquece nos alimentos e sobe. Em contato com o congelador resfria-se e desce, formando assim as correntes de convecção.
Todo resfriamento deve ser feito por cima do ambiente, como, por exemplo, no congelador da geladeira e ar condicionado.
Irradiação:
A irradiação é o ato ou efeito de irradiar determinado campo eletromagnético ou partícula através do espaço em determinado tempo.
Capacidade térmica é a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade.
Então, pode-se expressar esta relação por:
Sua unidade usual é cal/°C.
Calor sensível é denominado a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.
Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico.
Assim:
Onde:
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C).
m = massa do corpo (g ou kg).
Δθ = variação de temperatura (°C).
Material Utilizado:
1 Termômetro
1 Élice
1 lâmpada de 60 watts
1 Equipamento de propagação de calor
1 Protetor com suporte para termômetro
1 Lâmina de aço com 4 Bolinhas (nossa lâmina veio com uma bolinha faltante) 
1 recipiente com álcool e pavio
1 fósforo
Procedimento Prático:
1° Etapa, Propagação do calor através da Convecção:
Colocou-se uma élice no equipamento de propagação de calor, que possuía uma lâmpada de 60 watts
Ligou-se a lâmpada
Observou-se que após alguns minutos a élice começou a girar de forma bem sutil.
 2° Etapa, Propagação do calor através da Irradiação:
Colocou-se o termômetro no protetor com suporte que estava acima do equipamento de propagação de calor
Verificou-se a temperatura do ambiente que era 28°C
Ligou-se a lâmpada direcionada ao bulbo do termômetro
Aguardou-se 120 segundos
Desligou-se a lâmpada
Verificou-se a temperatura do termômetro que era 30°C
3° Etapa, Propagação do calor através da Condução:
Colocou-se uma lâmina de aço com 4 bolinhas em sua face inferior, no equipamento de propagação de calor
Verificou-se que a distância de cada bolinha em relação ao início da lâmina, é, respectivamente 5,5 cm; 7 cm; 8,5 cm; 10 cm
Posicionou-se o recipiente com álcool e acendeu-se o pavio 
Iniciou-se a cronometragem da queda das bolinhas
Anotou-se o tempo que cada bolinha levou para cair na Tabela 1
 
Tabelas e Cálculos: 
 ETAPA 1:
Não há cálculos.
 ETAPA 2: 
Cálculo de Quantidade de Calor:
Sendo a P= 60 watts e ∆t= 120s
Cálculo da Capacidade Térmica:
Sendo Q=7200J/s e ∆T= 30°C - 28°C ∆T= 2°C
ETAPA 3:
	TABELA 1
	Cronometragem da queda das bolinhas
	L(cm) 
	T (s)
	L/T (cm/s)
	4
	Bolinha pendente
	_
	5,5
	108
	0,0509
	7
	131,4
	0,0533
	8,5
	330
	0,0258
	10
	Excedeu 600s devido ao excesso de parafina. Esta bolinha não será considerada
	_
Obs: não podemos calcular a Q (quantidade de calor) transmitida na lâmina, pois não temos todos os dados necessários. Nos faltando a área da lâmina e o ∆T (gradiente de temperatura ).
Conclusão:
ETAPA 1:
	Concluímos que através da convecção o calor se propagou por meio do movimento de massas fluidas de densidades diferentes. Houve demora para a élice se movimentar devido a temperatura ambiente do laboratório estar alta e dificultar a movimentação de massas na área de convecção. Também levamos em consideração o fato da élice estar mal equilibrada no suporte também ter dificultado sua movimentação.
ETAPA 2:
Concluímos que houve aumento da temperatura por meio da irradiação, sendo a massa de ar constante pois não houve movimentação vertical. E através dos cálculos, concluímos que a quantidade de calor foi o dobro da capacidade térmica encontrada, sendo assim, havendo aumento de 2°C.
ETAPA 3:
	Concluímos que a energia foi transferida de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa da lâmina . Isso ocorre devido a transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas devido a interações entre elas.
 	Como altas temperaturas estão associadas com energias moleculares mais elevadas, as moléculas próximas à superfície acima do pavio são mais energéticas (movimentam-se mais rápido) o que fez as2 primeiras bolinhas caírem mais rápido e o espaço de tempo entre a queda de cada bolinha aumentar cada vez mais.
Bibliografia:
http://www.infoescola.com/termodinamica/propagacao-de-calor/