Aula Mecanismos de Transmissão de Calor

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MECANISMOS DE TRANSMISSÃO DO CALOR
Prof. João Guilherme Nogueira Matias
Curso de Engenharia de Computação
Curso de Engenharia Elétrica
Campus da UFC em Sobral
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CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
REVISÃO TEÓRICA
- Introdução, Calor, Mecanismos de Transmissão do Calor (Condução – 
Convecção – Radiação)
OBJETIVOS
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
ATIVIDADES
BIBLIOGRAFIA
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INTRODUÇÃO
• Uma dos fenômenos mais observados no nosso dia a dia é a mudança de temperatura de corpos.
• O fenômeno ocorre sempre que dois corpos, inicialmente em temperaturas diferentes, entram em contato.
• Exemplos: 
– Uma xícara de café quente (temperatura acima da temperatura do ambiente) esfria, ou seja, sua temperatura diminui, até igualar a 
temperatura do ambiente. 
– Um copo de água gelada (temperatura abaixo da temperatura do ambiente) esquenta, ou seja, sua temperatura aumenta, até igualar a 
temperatura do ambiente. 
• Isto é causado porque uma forma de energia é transferida, de um corpo para outro, até que suas 
temperaturas se igualem.
• Esta forma de energia é chamada de energia interna. 
• A energia interna é a soma de todas as energias cinéticas e potenciais relacionadas com os átomos e 
moléculas que formam um corpo.
• A energia interna transferida é chamada de calor
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CALOR
• Calor é energia interna transferida, entre dois ou mais corpos, quando existir uma diferença de 
temperatura entre eles.
• Sendo energia, a unidade de medida de calor, no SI, é o joule (J). 
• Entretanto, por razões históricas, a unidade mais usada é a caloria.
• Esta é definida como: a quantidade de calor necessária para aquecer 1 g de água da temperatura de 
14,5 oC para 15, 5 oC. 
• A relação entre as duas unidades de medida é: 1 cal = 4,18 J. 
– Curiosidade: A caloria usada na nutrição, para descrever o valor calórico dos alimentos, corresponde a 
103 cal ou 1 kcal. Ela e é escrita com C maiúsculo, Cal. 
• Outra unidade bastante usada é o BTU (Unidade Térmica Britânica) definida como a quantidade de 
calor necessária para aquecer 1 libra massa de água da temperatura de 63 oF para 64 oF. 
• A relação entre caloria e BTU é dada por: 1cal = 3,969 x 10-3 BTU.
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 TRANSMISSÃO DE CALOR - Condução
Quando diferentes partes de um corpo estão 
em temperaturas diferentes, os átomos e 
moléculas localizados na parte que está na 
temperatura mais alta tem maior amplitude 
de vibração em torno de seu ponto de 
equilíbrio.
Essa maior amplitude de vibração é 
transmitida para os átomos vizinhos e se 
propaga pelo corpo no seguinte sentido: do 
local que está na temperatura mais alta para 
o local que está em temperatura mais baixa.
Modelo simplificado de uma estrutura cristalina.
- Esferas: átomos
- Molas: Força de ligação entre os átomos
Obs: A força de ligação entre os átomos é a 
eletromagnética.
 
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POTÊNCIA CONDUZIDA EM EM PLACAS
Placa Simples Placas Compostas
P = Potência Conduzida
k = Condutividade(s) térmica(s)
A = Área(s) da(s) placa(s)
L = Espessura(s) da(s) placa(s)
Tq = Temperatura da fonte quente
Tf = Temperatura da fonte fria
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CONDUTIVIDADES TÉRMICAS
Metais k (W/m.K)
Aço inoxidável 14
Chumbo 35
Ferro 67
Latão 109
Alumínio 235
Cobre 401
Prata 428
Gases k (W/m.K)
Ar (seco) 0,026
Hélio 0,15
Hidrogênio 0,18
Materiais de construção k (W/m.K)
Fibra de vidro 0,048
Pinho 0,11
Vidro de janela 1,0
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TRANSMISSÃO DE CALOR - Convecção
• Convecção: É a transferência de 
calor pelo movimento de uma 
substância (fluido) aquecida. O 
aquecimento provoca mudanças 
na densidade de diferentes porções 
do fluido. Por influência da 
gravidade, a porção menos densa 
tende a subir e a porção mais 
densa tende a descer, criando-se 
então, uma corrente de convecção.
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TRANSMISSÃO DE CALOR - Radiação
• Radiação: É a transmissão de calor através de 
ondas eletromagnéticas.
• Todos os corpos na natureza estão em uma 
temperatura acima do zero absoluto e 
emitem radiação na forma de ondas 
eletromagnéticas.
• O tipo de onda (sua frequência, f, ou 
comprimento de onda, l) depende da 
temperatura do corpo.
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ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
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CURIOSIDADES E POTÊNCIA IRRADIADA
• Sensibilidade Espectral do Olho Humano
• A sensibilidade espectral do olho 
humano está relacionada ao espectro de 
radiação emitida pelo Sol.
• O máximo de sensibilidade (100%) 
encontra-se na faixa do verde/amarelo
• Potência Irradiada
• Lei de Stefan
P = AT4
• Onde:
– P = Potência Irradiada
 Constante de Stefan-Boltzmann
– A – Área da superfície do objeto.
 Emissividade (0 - 1)
– T: Temperatura da fonte.
• Temperatura das Estrelas
• A cor de uma estrela é determinada 
pela temperatura da sua superfície.
• Estrelas cuja temperatura superficial 
é da ordem de 6000 K, Sol e Capela 
emitem maior quantidade de 
radiação na faixa do amarelo.
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OBJETIVOS
• Observar o fenômeno de transmissão de calor:
– Por condução.
• Verificar o sentido da condução de calor.
• Verificar a taxa de condução de calor em corpos de prova de diferentes condutividades 
térmicas.
– Por convecção.
• No ar.
• Na água.
– Por Radiação.
• Verificar a taxa de absorção de calor por radiação em corpos de prova de cor preta e branca.
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL - Condução
• Demonstração do mecanismo de 
transmissão de calor por condução:
– Colar, com cera de vela, os cilindros de borracha em 
um corpo de prova (alumínio, latão ou cobre) e montar 
sobre a base/haste como ilustrado na figura ao lado 
(acima).
– Acender a fonte térmica para aquecer o corpo de prova 
na extremidade indicada na figura ao lado (abaixo).
– Meça e anote o tempo em que cada um dos cilindros 
de borracha leva para cair. Anote na tabela 2.
– Repita o procedimento para os outros corpos de prova.
• Prática: Vídeo Condução
https://youtu.be/-bUCbKAqAiQ
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS - Condução
Corpo de Prova
Tempo de queda (s)
1a rolha 2a rolha 3a rolha 4a rolha
Alumínio 34 61 93 132
Cobre 30 50 76 115
Latão 40 98 166 246
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL - Convecção
• Demonstração do mecanismo de 
transmissão de calor por convecção:
• No Ar
– Monte como ilustrado na figura ao lado (esquerda).
– Acenda a fone térmica (lamparina) e observe.
– Prática: Video Convecçao no ar 
• Na Água
– Monte como ilustrado na figura ao lado (direita).
– Ligue a fone térmica (aquecedor elétrico) e observe.
– Prática: Vídeo Convecção na água 
https://youtu.be/p_sWordkqns
https://youtu.be/Iez0O4LAET4
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL - Radiação
• Demonstração do mecanismo de 
transmissão de calor por radiação:
– Monte como ilustrado na figura ao lado.
– Ligue a fone térmica (lâmpada) e meça a 
temperatura dos corpos de prova preto e 
branco em função do tempo.
• Prática:
– Vídeo Radiação 1
– Vídeo Radiação 2
https://youtu.be/__biyxigOt0
https://youtu.be/RDTIofYYBWM
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS - Radiação
Tempo de exposição (min)
Temperatura do corpo de prova (oC)
Preto Branco
0 30 30
1 32 31
2 35 32
3 37 33
4 39 34
5 40 34
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ATIVIDADES
● Não há atividades previstas para esta prática.
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BIBLIOGRAFIA
● Manual de Instruções e Guia de Experimentos “Propagação de Calor” da 
AZEHEB Laboratórios de Física;
● Figuras e Tabelas extraídas do livro Fundamentos de Física, Vol. 2 – 
Halliday, Resnick, Walker, Livros Técnicos e Científicos Editora, 8a edição, 
de sítios da internet e de fotografias da montagem experimental 
realizada pelo professor.
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