transferencia de calor

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Meios de Transferência de Calor
 
Meios de Transferência de Calor
Até este momento, quantificamos o calor para poder entender os 
diferentes processos que geram (ou necessitam de) calor. Porém, 
ainda não vimos de que forma ocorre esta propagação do calor.
Existem três mecanismos para a transferência de calor. São eles:
● Condução;
● Radiação;
● Convecção.
 
Condução
Definição: É o processo de transmissão de calor, onde o calor de um 
determinado meio é transferido para outro meio através do contato.
A condução de calor só pode ocorrer através de um meio material, sem que 
haja a necessidade de movimento deste meio. Esta pode ocorrer em fluidos 
ou sólidos. 
Assim, quando colocamos sobre uma chama uma panela com água, o calor 
se transmite da chama à água através da parede metálica da panela, por 
condução.
 
Condução
Neste exemplo podemos ver que :
(a) o calor sempre flui do ponto de temperatura mais alta para o ponto de 
temperatura mais baixa. 
(b) A quantidade de calor ΔQ transportada durante um intervalo de tempo Δt 
é proporcional à variação de temperatura ΔT, e inversamente proporcional à 
espessura do fundo da panela Δx.
(c) Podemos dizer que a grandeza ΔQ/Δt é proporcional a grandeza ΔT/Δx 
(chamada de gradiente de temperatura). 
 
Condução
Desta forma podemos escrever a equação:
Ou mesmo:
dQ
dt
=−k A
dT
dx
dQ
dt
û=−k A ∇⃗ T
Onde k é o coeficiente de condutividade térmica. E A é a área de contato 
entre os meios.
O termo dT/dx, ou em 3d , é chamado de gradiente de temperatura. 
Onde 
∇⃗ T
∇⃗=( ∂∂ x ,
∂
∂ y
, ∂
∂ z )
 
Condução
Se olharmos para a lei de Ohm para a condução de eletricidade (corrente 
elétrica). Para um condutor de comprimento l e área de secção A, a 
resistência elétrica R é dada por R= l/(σA), onde σ é a condutividade 
elétrica. 
i=
V
R
i=
dq
dt
=
V
R
=σ A
V
l
Podemos ver que esta expressão é completamente análoga à expressão 
anterior,
dQ
dt
=−k A
dT
dx
Onde V/l representa o gradiente de potencial elétrico.
 
Condução
Materiais com valores altos de R (baixos valores de k), são chamados de 
isolantes térmicos. 
Enquanto materiais com baixo valores de R (alto valores de k), são 
chamados de condutores térmicos.
Podemos definir então a Resistência Térmica de uma placa de espessura L 
é definido como
R=
L
k
 
Condução – Exemplos de Materiais
Materiais Isolantes
Materiais Condutores
 
Condução – Exemplos de Materiais
Pergunta: Você prefere Refrigerante em lata, vidro ou Pet?
 
Condutividade Térmica
Substância à 20°C K Coeficiente de condutividade 
térmica (cal/s.m.°C)
Aço 1,1x10-2
Água 0,015x10-2
Alumínio 4,9x10-2
Ar 5,7x10-6
Cerâmica 0,011x10-2
Cobre 9,2x10-2
Ferro 1,6x10-2
Gelo (0°C) 4x10-4
Madeira 2x10-5
Ouro 7x10-3
Prata 9,7x10-2
Vidro Comum 2x10-4
 
Condutividade Térmica
Sólidos Líquidos Gases
 
Condução
Em suma:
- É o principal processo de propagação de 
calor entre sólidos.
- As moléculas com temperatura maior 
vibram mais e sua vibração é transmitida 
a moléculas vizinhas, ou seja, a energia 
térmica passa de partícula a partícula.
Uma característica importante deste 
processo é que o transporte de energia 
realiza-se sem o transporte de matéria. 
 
Convecção
Definição: É o processo de propagação de calor, no qual a energia térmica 
se propaga pela movimentação dos fluídos em geral, cuja densidade varia 
com a temperatura.
- A transferência de energia por convecção, só ocorre em fluidos 
(líquidos ou gases).
- É um fenômeno cíclico, no qual formam-se correntes de convecção, 
ou seja, o fluido (ar ou água) mais quente tende a subir e o mais frio 
tende a descer.
 
Convecção – Aplicações e Consequências
As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser explicadas pela 
existência de correntes de convecção 
 
Convecção – Aplicações e Consequências
Refrigeração do ambiente
 
Convecção – Aplicações e Consequências
- A inversão térmica acontece 
quando uma camada de ar quente 
se sobrepõe ao ar que sofreu brusco 
resfriamento próximo ao solo, 
impedindo sua ascensão, fazendo 
os poluentes permanecerem na 
cama inferior;
- Ocorre com maior frequência a 
noite;
- No inverso este fenômeno se 
intensifica.
Inversão Térmica
São Paulo em dia de inversão térmica
 
Experimento de Convecção
Objetivo: verificar o sentido da corrente de convecção. 
Material: vela; fósforo ou isqueiro. 
Procedimento: 
● Acenda a vela; verifique como se orienta e se movimenta a chama da vela;
● Movimente a vela e retire-a da posição vertical, coloque-a inclinada e 
depois na horizontal; verifique como se orienta a chama; aproxime seus 
dedos do lado da chama; a seguir aproxime seus dedos acima da 
chama da vela; compare suas sensações. 
Conclusão: a chama de uma vela está sempre para cima, mesmo quando 
a vela está em outra direção, que não a vertical, pois os gases que se 
formam durante a combustão são aquecidos e ficam menos densos que o 
ar a sua volta, logo sobem, levando a chama da vela, formando correntes 
de convecção. E como o ar é mau condutor, ao lado da vela é possível 
manter os dedos. 
 
Radiação
Definição: É o processo de transmissão pelo qual a energia não precisa de 
um meio material para se propagar. Essa energia, que não necessita de um 
meio material para se propagar, denomina-se energia radiante, e é 
transmitida através de ondas eletromagnéticas (principalmente na faixa do 
infravermelho). 
Vácuo
 
Espectro das ondas eletromagnéticas
Vácuo
 
Radiação
Alguns materiais como o vidro e o plástico dificultam a passagem das 
ondas de calor (raios na faixa do infravermelho), mas permitem a passagem 
da luz, por isso a maioria das estufas possuem cobertura de vidro ou de 
plástico.
 
Radiação – O Efeito de Estufa
É o nome dado à capacidade que a atmosfera tem de manter as 
temperaturas estáveis em nosso planeta. Sem este efeito as temperaturas 
teriam amplitudes térmicas enormes diárias e assim não haveria o 
desenvolvimento de qualquer tipo de vida em nosso planeta.
O efeito estufa é muito importante, embora a sociedade tenha algum tipo de 
preconceito com este efeito por confundirem ele com o aquecimento global, 
que é um fenômeno que ocorre um aumento continuo e a longo prazo da 
temperatura atmosférica mundial.
OBS:
- A presença de vapor de água e gás carbônico faz a atmosfera reter grande parte 
das ondas eletromagnéticas emitidas pelos objetos da superfície terrestre. Esse 
efeito é fundamental para que a Terra tenha uma temperatura média adequada.
 
Radiação – O Efeito de Estufa
 
Causas e consequências do aquecimento global
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Tratado de Kyoto
É um acordo internacional que estabelece metas de redução de gases 
poluentes para os países industrializados.
Os países devem cooperar entre si por meio das seguintes ações básicas: 
» reforma dos setores de energia e transportes; 
» promoção do uso de fontes energéticas renováveis; 
» eliminação de mecanismos financeiros e de mercado inadequados aos 
fins da Convenção de Kyoto; 
» redução das emissões de metano no gerenciamento de resíduos e dos 
sistemas energéticos; 
» proteção de florestas e outros sumidouros de carbono. 
 
Princípio da Garrafa Térmica
Na garrafa térmica são evitados os 
três processos de propagação de 
calor:
- Não permite a condução nem a 
convecção, pois é feita de 
paredes duplas de vidro, entre as 
quais é feito o vácuo;
- Faces internas e externas 
espelhadas, com a finalidade de 
evitar a irradiação tanto de dentro 
para fora como de fora para 
dentro.
 
Pirômetro infravermelho
Pirômetro Infravermelho, ou termômetro infravermelho, é um 
termômetro sem contato, ou seja, o pirômetro infravermelho serve 
para realizar medições de altas temperatura, onde não se pode ter 
contato diretamente com o alvo a ser medido. 
O pirômetro infravermelho pode realizar medições de temperatura 
em condições extremas, por exemplo, até 1500ºC.
Os pirômetros são adequados para aplicações onde termoparese 
termorresistências não podem ser utilizados. 
Pirômetros infravermelhos podem ser utilizados em diversos setores 
da indústria, prestadores de serviços, manutenção de máquinas e 
plantas alimentícias, com os pirômetros é possível medir superfícies 
rapidamente, de forma segura e precisa.
Principais aplicações do pirômetro infravermelho:
● Alvos de difícil acesso
● Partes rotativas
● Condutores elétricos ativos
● Objetos quentes
● Itens de massas baixas
● Materiais agressivos
 
Termovisor (Termógrafo)
A termografia é uma técnica que permite mapear um corpo ou uma 
região com o intento de distinguir áreas de diferentes temperaturas, 
sendo portanto uma técnica que permite a visualização artificial da 
luz dentro do espectro infravermelho.
As vibrações de campos elétricos e magnéticos que se propagam no 
espaço a velocidade da luz de forma mutuamente sustentadas dá 
origem às ondas eletromagnéticas, e o conjunto de ondas 
eletromagnéticas de todas as frequências formam o espectro 
eletromagnético. 
Termografia das mãos
 
Termovisor (Termógrafo)
Termografia dos disjuntores – Pontos de Calor
 
Aplicações - Convecção
 
Aplicações - Caldeira
 
Exercícios Propostos
1) Sabe-se que a temperatura do café se mantém razoavelmente 
constante no interior de uma garrafa térmica perfeitamente vedada.
a) Qual o principal fator responsável por esse bom isolamento 
térmico?
b) O que acontece com a temperatura do café se a garrafa térmica 
for agitada vigorosamente? Explique sua resposta.
 
Exercícios Propostos
2) (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 R: D)
 
Exercícios Propostos
3) (UFES) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o 
contém dentro de um recipiente com gelo, conforme a figura. Para 
que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha 
seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em 
relação ao vidro, um maior valor de:
a) condutividade térmica
b) calor específico
c) coeficiente de dilatação térmica
d) energia interna
e) calor latente de fusão.
R: A)
 
Exercícios Propostos
4) (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível:
a) no vácuo
b) nos sólidos
c) nos líquidos
d) nos gases
e) nos fluidos em geral.
R: E)
 
Exercícios Propostos
5) (UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada 
incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo 
após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à:
a) convecção do ar aquecido
b) condução do calor
c) irradiação da luz e do calor
d) reflexão da luz
e) polarização da luz.
R: A)
 
Exercícios Propostos
6) Assinale a alternativa correta:
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo.
b) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução.
c) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica 
no vácuo nem em materiais no estado sólido.
d) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se 
verifica em meios sólidos.
e ) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto, a convecção 
térmica se verifica inclusive em matérias no estado sólido.
R: C)
 
Exercícios Propostos
7) (FAPIPAR – PR) Uma carteira escolar é construída com partes de ferro 
e partes de madeira. Quando você toca a parte de madeira com a mão 
direita e a parte de ferro com a mão esquerda, embora todo o conjunto 
esteja em equilíbrio térmico:
a) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque o ferro conduz 
melhor o calor;
b) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção na 
madeira é mais notada que no ferro;
c) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção no 
ferro é mais notada que na madeira;
d) a mão direita sente menos frio que a esquerda, porque o ferro conduz 
melhor o calor;
e) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a madeira conduz 
melhor o calor.
R: D)
 
Exercícios Propostos
8) (FMABC – SP) Atualmente, os diversos meios de comunicação vêm alertando a 
população para o perigo que a Terra começou a enfrentar já há algum tempo: o 
chamado efeito estufa. Tal efeito é devido ao excesso de gás carbônico, presente na 
atmosfera, provocado pelos poluentes dos quais o homem é responsável direto. O 
aumento de temperatura provocado pelo fenômeno deve-se ao fato de que:
a) a atmosfera é transparente à energia radiante e opaca para as ondas de calor;
b) a atmosfera é opaca à energia radiante e transparente para as ondas de calor;
c) a atmosfera é transparente tanto para a energia radiante como para as ondas de 
calor;
d) a atmosfera é opaca tanto para a energia radiante como para as ondas de calor;
e) a atmosfera funciona como um meio refletor para a energia radiante e como meio 
absorvente para as ondas de calor.
R: A)
 
Exercícios Propostos
9) (UNITAU – SP) Num dia quente você estaciona o carro num trecho 
descoberto e sob um sol causticante. Sai e fecha todos os vidros. Quando 
volta, nota que “o carro parece um forno”. Esse fato se dá porque:
a) o vidro é transparente à luz solar e opaco ao calor;
b) o vidro é transparente apenas às radiações infravermelhas;
c) o vidro é transparente e deixa a luz entrar;
d) o vidro não deixa a luz de dentro brilhar fora;
e) n.d.a.
R: A)
 
Exercícios Propostos
10) (MACKENZIE) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de 
espessura 180mm e 2,5mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à 
mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do 
tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a 
razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro 
e pelo tijolo é:
a) 200
b) 300
c) 500
d) 600
e) 800
R: D)
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