Propagação de calor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO 
Instituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação (ICENE) 
Av. Doutor Randolfo Borges Junior, 1400 
CEP 38064-200 - Uberaba/MG, Brasil. 
Departamento de Física 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório Experimental 
Prática IV 
 
Propagação de Calor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. José Roberto Siqueira Junior 
 
 Clayson Alcides 
r.a: 2011 10110 
Lucas de Oliveira Damante 
r.a: 2011 20411 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uberaba 
2014 
 
Resumo 
 
 
 Este relatório consiste em caracterizar e descrever fenômenos relacionados ao 
conteúdo da termodinâmica, propagação de calor em sólidos. Foram realizados 
experimentos com aquecimento em barras sólidas de metais com a intenção de medir o 
fluxo de calor que acontece na propagação de calor de cada material. 
 
Introdução 
 
 
Já sabemos que a energia térmica é uma forma de energia que se manifesta em 
forma de calor em trânsito entre corpos, onde estão em diferentes temperaturas. Sendo 
assim, o calor passa de um corpo para o outro até que o equilíbrio térmico se atinja. 
As formas de transmissões térmicas ocorrem principalmente nos materiais sólidos 
e em especial nos metais, pois estes são bons condutores de calor. O processo de 
transferência de calor acontece de partícula para partícula sem que haja transporte de 
matéria para outra região. São conhecidas três formas de transmissão de calor, condução, 
convecção e radiação. 
A radiação térmica muito presente em nosso cotidiano é uma forma de 
transferência de calor na qual ondas eletromagnéticas que viajam no vácuo carregam com 
si uma certa quantidade de energia que será transferida por meio de calor para o outro 
meio. 
Para exemplificar o processo da condução térmica, basta imaginarmos 
exatamente um dos experimentos que acontecerá na sucessão deste relatório. 
Acenderemos uma chama em uma determinada área na extremidade de uma barra, 
consequentemente aquela área irá adquirir uma temperatura maior em relação ao restante 
da área da barra. Logo a partir disso podemos definir que a chama está conduzindo 
energia para a barra e agitando as partículas que se chocarão uma com as outras gerando 
calor. Se mantermos a chama constante acesa, o calor será conduzido por toda a extensão 
da barra. Já a convecção térmica ela é uma forma de transferência de calor muito comum 
para os gases e líquidos, e pode ser exemplificada através dos fenômenos que acontecem 
a beira do mar. A brisa terrestre que vem da cidade em direção ao mar faz parte de um 
processo de convecção. Durante o dia a areia fica bem mais quente do que a água e durante 
a noite a areia fica mais fria e a água é quente. Vamos imaginar que durante um certo dia 
intenso de sol onde a água e a areia receberam as mesmas quantidades de energias. 
Resultante deste processo a areia por ter o calor específico menor que o da água precisará 
de uma energia menor para aquecer e desaquecer. Sendo assim a areia perde e ganha calor 
com mais facilidade. Durante a noite durante o processo em que a água se desaquece com 
uma velocidade menor que a da areia, faz com que o ar quente sob o mar suba devido a 
pressão e o ar frio (brisa terrestre) venha em direção ao mar. 
A potência térmica em que o calor se propaga de um meio para outro é chamado 
de fluxo de calor. Se houver temperaturas diferentes nas duas extremidades de um corpo 
e forem mantidas, haverá o fluxo de calor no interior do corpo, que pode ser calculado 
através da seguinte equação: 
𝑄
∆𝑡
=
𝐾. 𝐴. ∆𝑡
𝑥
 
 
Objetivo 
 
 
O objetivo deste experimento se baseia em caracterizar as formas de propagações de 
energia térmica e transferência de calor descrevendo os fenômenos de condução, 
convecção e radiação. 
 
Materiais e Procedimentos 
 
 
EXPERIMENTO 01 – Condução 
 
Os materiais utilizados na realização deste experimento seguem abaixo listados: 
 
 Tripé com manípulo 
 Haste 
 Haste com fixador 
 Lamparina. 
 04 pinos 
 Parafina para fixar os pinos 
 
Procedimento experimental 
 
Foram fixados os pinos de borracha sobre os pontos marcados nas hastes metálicas, 
utilizando parafina e a lamparina; 
Depois de todos os pinos presos com a parafina, inverte o sentido dos pinos na barra para 
baixo; 
 
Acendeu a fonte térmica e aqueceu a extremidade da haste, marcando o tempo entre o 
início do aquecimento e a queda de cada pino para cada barra metálica; 
 
 Explique qual o princípio de se fornecer energia térmica na extremidade da haste 
e os pinos, colocados em sequência, desprenderem-se sucessivamente. 
 
Resposta: O princípio consiste em dizer que a energia térmica fornecida em uma 
determinada região em um determinado instante de tempo resulta no aquecimento 
de toda a extensão da barra. Os pinos se desprendem sucessivamente porque a 
medida em que se fornece energia em uma determinada área do material, a 
mesma começará a colidir as partículas daquela determinada região onde se 
espalhará as colisões nas demais partículas do material, resultando na geração 
de calor e aquecimento de toda a extensão da barra. 
 
 Qual a função da cera [parafina] e dos pinos? 
Resposta: Para a colagem dos pinos nos pontos demarcados da barra. 
 
 Seria possível um pino consecutivo se desprender antes de seu antecedente? 
Explique. 
Resposta: Não, porque os pinos estão distribuídos da maneira em que o fluxo de 
calor da barra seguirá derrubando um a um na medida em que o calor for se 
propagando em toda a extensão do sólido 
 
 Como se denomina essa forma de propagação de calor e qual a principal 
característica deste fenômeno? 
Resposta: Esse fenômeno é conhecido como Condução de energia, basicamente 
uma chama acesa constantemente em uma determinada região na qual se 
transfere energia para o corpo ocasionando um choque térmico entre as 
partículas que servirá-as de energia para que elas se agitem e colida com outras 
partículas assim sucessivamente até atingir toda a extensão da barra e o seu 
ponto máximo de temperatura. 
 
Tabela 1 - Dados 
Materiais Latão Cobre Alumínio 
 Tempo Tempo Tempo 
Pino 1 0:54 0:23 0:17 
Pino 2 1:54 0:45 0:36 
Pino 3 3:31 1:18 1:21 
Pino 4 6:26 2:08 2:17 
 
 
EXPERIMENTO 02 - Convecção 
 
Materiais necessários: 
 Tripé com manípulo 
 Haste 
 Fixador com extensão e ventoinha 
 Lamparina 
 
Procedimento experimental 
 
 Acendeu a lamparina e colocou a de modo que esta se encontrava abaixo da 
ventoinha como mostrado montagem experimental da figura1. 
 
Figura 1- Lamparina e Ventoinha 
 
 
 
 Explique o que acontece no processo de convecção? O que acontece com a 
molécula de ar, e o que esta provoca na ventoinha? 
Resposta: A ventoinha está presa a uma haste onde o ar em sua volta é mais 
frio e mais denso, ao acender a lamparina observamos que o ar acima da 
lamparina se expande porque se esquenta e fica menos denso, ocasionando 
que ele suba no meio do ar frio passando pela direção da ventoinha que a 
colocará em movimento fazendo-a que a gire. 
 
 Descreva a movimentação da molécula de ar aquecida utilizando o princípio 
de Arquimedes. 
 Qual a explicação da movimentação ocasionada à ventoinha, e qual a relação 
disto com a formação de uma corrente de ar quente? 
 
Respostas: Segundo o princípio de Arquimedes que diz que ao mergulhar um 
corpo em um fluído, uma força chamada empuxo empurrará o para cima com 
uma força de intensidade igual ao peso do fluído deslocado. Sendo assim, 
neste caso a partir do princípio de Arquimedes podemos se dizer que as 
moléculas de ar quente subirá devido a convecção de energia da lamparina 
que além de exercer uma força para cima nas moléculas, também aquecerá o 
ar, tornando-o mais denso, consequentemente subindo tomando o lugar do ar 
frio. O processo de formação de corrente de ar quente ocasiona pelas 
diferenças de temperatura, fazendo com que o ar quente seja mais leve e suba 
formando correntes dear quente sob a camada de ar frio. 
 
 
 
EXPERIMENTO 03 – Irradiação 
 
Materiais necessários 
 02 termômetros -10◦C +110◦C 
 01 corpo de prova preto 
 01 corpo de prova branco 
 Tripé com manípulo 
 Haste 
 Lâmpada 
 Soquete para lâmpada com fixador 
 
Procedimento experimental 
 
 
 Foi colocada a lâmpada a uma distância de 40 cm dos corpos de prova, com a 
lâmpada apontando na direção destes; 
 
 Mediu-se a temperatura interna inicial dos corpos de prova e anotou-se os valores; 
 
 Após anotar os valores na tabela, desligou a fonte térmica, e anotou os valores 
consecutivos de temperatura de resfriamento do termômetro a cada dois minutos. 
 
 
 
 
 
Tabela 2 – Dados 
∆𝑡 ∆𝜃 ∆𝑡 ∆𝜃 
02 min 26°C 14 min 31°C 
04 min 28°C 16 min 30°C 
06 min 29°C 18 min 29°C 
08 min 30°C 20 min 29°C 
10 min 30°C 22 min 28°C 
12 min 31°C 24 min 27°C 
 
ANTES DEPOIS 
 
 Após desligar a fonte, o termômetro apresentou uma queda de temperatura mais 
rápida? 
Resposta: Sim, até aproximar-se da temperatura final o processo foi mais rápido. 
Pois o tempo de resfriamento do termômetro é menor que o de aquecimento, ou 
seja, ele perde calor mais fácil em temperatura ambiente. 
 
 Pode existir alguma relação das cores dos corpos de prova com suas respectivas 
temperaturas e tempos de aquecimento e resfriamento? 
Resposta: Sim, certas cores podem absorver e dissipar calor com mais facilidade. 
Por exemplo a cor preta é a que mais absorve calor em relação ao branco e 
demais cores. 
 
 
Resultados e Discussão 
 
 
Basicamente os resultados foram os esperados, além dos experimentos serem 
adequadamente realizados conforme condições climáticas ideais no laboratório, o método 
de convecção deu a lógica de propagação de calor por condução em barras retangulares 
feita de material denominado latão, alumínio e cobre. Os pinos foram caindo um a um 
sucessivamente. Já o mecanismo por convecção entendeu-se que é uma forma de 
transferência feita entre uma fonte térmica e o ar, na qual aquece-se o ar e ele o tornará 
menos denso e subirá, assim sucessivamente toda massa de ar frio em seu redor. Sendo 
assim, também foi compreendido que as formas de propagações de energia térmica são 
extremamente importante no processo de aprendizagem da termodinâmica. 
 
 
 
 
Conclusão 
 
 
Conclui-se que a propagação de calor é um fenômeno muito importante dentro da 
termodinâmica e que através deste fenômeno diversas ações podem ser realizadas através 
da condução, convecção e irradiação. Ademais este relatório apresenta uma descrição dos 
processos de transferências de calor com seus funcionamentos e experimentações. 
 
Referências 
 
 
JUNIOR, José R. S.. Apostila de Física Exerimental II; Laborátorio de ensino de 
Física. 
[S. l. : s. n.]~ 
 
http://www.infoescola.com/termodinamica/propagacao-de-calor/ Acessado em 29 de 
Novembro. 
 
http://www.brasilescola.com/fisica/processo-propagacao-calor.htm Acessado em 29 de 
Novembro. 
 
http://www.infoescola.com/termodinamica/propagacao-de-calor/
http://www.brasilescola.com/fisica/processo-propagacao-calor.htm