Calor irradiação térmica

Prévia do material em texto

TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
1 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
Vimos anteriormente que a energia térmica é transferida espontaneamente das 
regiões de maior temperatura para as regiões de menor temperatura. Agora, vamos estudar 
as formas como pode ocorrer o mecanismo de transferência de energia que chamamos calor. 
Neste material, vamos estudar a irradiação. 
Fique atento aos materiais de condução e de convecção! Irradiação ou radiação 
2 IRRADIAÇÃO 
Sabemos que a condução ocorre preferencialmente em sólidos e que a convecção 
só pode ocorrer em fluidos (líquidos ou gases). Então fica a pergunta: como a energia térmica 
do Sol chega à Terra? 
A energia térmica do Sol é transmitida à Terra através de ondas eletromagnéticas. 
Transmitida assim, recebe o nome de energia radiante. Isso é possível porque os campos 
elétrico e magnético podem existir em regiões onde não há matéria, ou seja, a energia radiante 
pode se propagar sem a necessidade de um meio material. 
As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo com velocidade de c = 300.000 
km/s e são classificadas de acordo com suas frequências ou comprimentos de onda. 
Lembrando a equação fundamental da ondulatória: 
c = λf 
Uma vez que c é constante, representando a velocidade das ondas, concluímos que 
o aumento de f (frequência da onda) implica a redução de λ (comprimento de onda): 
c
f
λ ↓=
↑
 
Não se esqueça de que a frequência de uma onda depende da frequência de 
vibração da fonte que a originou. Por exemplo, se você chacoalhar uma corda com baixa 
frequência, irá produzir ondas de baixa frequência e compridas. Contudo, se você chacoalhar 
a mesma corda com uma maior frequência, irá produzir ondas de maior frequência e mais 
curtas. 
 
São também ondas eletromagnéticas as ondas de rádio, as micro-ondas, a luz 
visível, a radiação ultravioleta, os raios X e os raios gama. 
 
TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
2 
 
 
 
2.1 Emissão de energia radiante 
É de constatação experimental que todas as substâncias a qualquer temperatura 
acima do zero absoluto emitem energia radiante, e que a frequência de onda mais emitida é 
proporcional à temperatura absoluta T do emissor: 
 
A superfície do Sol, por estar a altas temperaturas (comparadas às da superfície 
terrestre) emite ondas em alta frequência, grande parte na faixa do espectro visível. Por outro 
lado, o planeta Terra está a temperaturas bem menores, de modo que a energia radiante 
emitida está a frequências mais baixas que a luz visível: radiações infravermelhas. 
 
 
 
TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
3 
 
 
Radiações infravermelhas, quando atingem nossa pele, nos causa a sensação de 
calor, por isso, recebe o nome de radiação térmica. 
2.2 Absorção de energia radiante 
Todo bom emissor de radiação também é um bom absorvedor. 
Além disso, nota-se que os corpos de cores mais escuras tanto emitem mais 
rapidamente radiação, quanto a absorvem. 
Assim, corpos escuros aquecem mais rapidamente quando expostos ao sol e 
resfriam também mais rapidamente quando anoitece. 
Superfícies claras têm comportamento oposto. 
Superfícies espelhadas praticamente não absorvem a energia que as atinge, 
refletindo a maior parte. 
Contudo, a seguinte regra é válida para todos: um corpo aumenta de temperatura 
quando está absorvendo mais do que está emitindo; e reduz a temperatura quando está 
emitindo mais do que está absorvendo. 
 
No fogão elétrico: 
 
 
TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
4 
 
 
 
 
3 EFEITO ESTUFA 
O planeta Terra e sua atmosfera absorvem a energia irradiada pelo Sol. Essa 
energia é composta por ondas de frequências altas (luz visível, ultravioleta), por causa de sua 
alta temperatura (como já vimos). A atmosfera é transparente em relação à maior parte dessa 
radiação, principalmente à luz visível, de forma que atinge a superfície do nosso planeta, sendo 
absorvida. 
O Sol quente emite ondas curtas, enquanto a Terra fria emite ondas longas, a 
radiação terrestre. Vapor d'água, dióxido de carbono, e outros "gases do efeito estufa" 
presentes na atmosfera retêm calor que, de outra forma, seria irradiado da Terra para o espaço 
exterior. 
 
TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
5 
 
 
 
A superfície da Terra re-irradia essas ondas, mas, como está a uma temperatura 
menor, o faz principalmente a frequências infravermelhas. Para esse tipo de radiação, a 
atmosfera é opaca, ou seja, os gases atmosféricos ficam absorvendo e reemitindo essas 
radiações de volta para a Terra, mantendo nossa superfície aquecida. Isso é ótimo. Não fosse 
o efeito estufa, a temperatura média da superfície da Terra seria algo em torno de –18 °C. 
Contudo, nosso maior problema ambiental é que gases como o dióxido de carbono 
(emitido na combustão) intensificam esse efeito, aumentando demasiadamente as 
temperaturas da superfície terrestre, causando o aquecimento global. O efeito ganhou esse 
nome porque é semelhante ao que ocorre nas estufas de flores, que usam vidros como 
cobertura. Assim, o vidro é transparente à luz visível, mas opaca às ondas de calor, além de 
impedir a subida do ar quente por convecção, mantendo a temperatura interna acima do 
convencional. 
 
O vidro é transparente à radiação de comprimento de onda curto, mas é opaco à 
radiação de comprimento de onda longo. A energia re-irradiada pelas plantas tem 
comprimentos de onda longos porque as plantas estão a uma temperatura relativamente baixa. 
Os gases de estufa dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), 
CFC´s (CFxClx) absorvem alguma radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra e 
radiam, por sua vez, alguma energia absorvida de volta para a superfície. Como resultado, a 
superfície recebe quase o dobro de energia da atmosfera do que a que recebe do Sol e a 
superfície fica cerca de 30 °C mais quente do que estaria sem a presença dos gases de estufa. 
Um dos piores gases é o metano, cerca de 20 vezes mais potente que o dióxido de 
carbono, é produzido pela flatulência dos ovinos e bovinos, sendo que a pecuária representa 
16% da poluição mundial. Cientistas procuram a solução para esse problema e estão 
 
TERMOLOGIA: CALOR – IRRADIAÇÃO TÉRMICA E GARRAFA TÉRMICA (DEWAR) 
PLATAFORMA WWW.FISICACOMDOUGLAS.COM 
 
6 
 
 
desenvolvendo um remédio para tentar resolver o caso. Na Nova Zelândia pensou-se em 
cobrar-se taxas por vaca, para compensar o efeito dos gases emitidos. 
4 FRASCO DE DEWAR 
Um frasco de Dewar (também conhecido como vaso de Dewar ou garrafa de Dewar, 
popularmente chamado de garrafa térmica ou termos) é um objeto projetado para fornecer um 
isolamento térmico quase perfeito, dificultando as trocas de calor com o meio externo. Este 
objeto foi construído a primeira vez pelo físico e químico escocês James Dewar (1842-1923), 
no século XIX, com o intuito de conservar soluções químicas em temperatura constante. 
Quando enchido com um líquido quente ou frio, este frasco não permitirá que o calor escape 
ou entre facilmente, e o líquido permanecerá quente ou frio, respectivamente, por um longo 
tempo, muito mais do que em um recipiente comum. O frasco de Dewar geralmente é feito de 
vidro ou metal, e utiliza o princípio da dupla camada, ou seja, seria igual a uma garrafa menor 
dentro de outra maior, e estas duas seladas no mesmo gargalo. No espaço estreito entre elas 
existe algo próximo do vácuo, já que o ar é praticamente todo retirado, pois o vácuo impede a 
condução e a convecção do calor. A superfície interna do frasco externo e a superfície externa 
do frasco interno têm um revestimento reflexivo, geralmente metálico ou similar, para impedir 
que o calor seja transmitido através de radiação. Na teoria,e idealmente falando, um frasco 
de Dewar poderia manter um determinado líquido em uma temperatura qualquer para sempre, 
sem que houvesse alterações, mas na prática isso não ocorre, pois de uma forma ou de outra 
ocorre alguma troca de calor. 
 
Tampa: impede o contato com o ar externo, evitando, assim, o processo de 
convecção. 
Paredes espelhadas: impedem o processo de radiação. 
Vácuo: impede o processo de convecção e condução, já que os mesmos não se 
propagam no vácuo. 
As garrafas térmicas são vasos de Dewar. Acrescente-se que sempre se utilizam 
mecanismos para permitir a retirada do líquido em seu interior, sem que seja necessário abrir 
a tampa: roscas ou válvulas. Tal fato evita também a convecção. 
 
	1 Introdução
	2 Irradiação
	2.1 Emissão de energia radiante
	2.2 Absorção de energia radiante
	3 Efeito estufa
	4 Frasco de Dewar