PROPAGAÇÃO DO CALOR + EXERCÍCIO COM GABARITO

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PROPAGAÇÃO DO CALOR 
 
O calor se propaga sempre no sentido da 
maior temperatura para a menor temperatura. Para o 
estudo quantitativo da propagação do calor devemos 
definir o fluxo de calor: 
 
 
 
Propagação do calor em uma casa 
 
FLUXO DE CALOR 
 
O fluxo de Calor é a razão entre a 
quantidade de calor propagada através de uma 
superfície e o intervalo de tempo gasto. 
 
 
CONDUÇÃO TÉRMICA 
 
Na transmissão do calor por condução 
térmica é necessária a existência de partículas. Não 
há condução no vácuo. 
 
 
 
A condução térmica ocorre em regime 
estacionário ou permanente quando o fluxo de 
calor permanece constante com o tempo. 
 
LEI DE FOURIER 
 
Considere uma placa de material condutor 
homogêneo (veja a figura), cujas superfícies de área 
A, distanciadas pela espessura e, ficam mantidas à 
temperaturasT1 e T2. Fourier mostrou que o fluxo de 
calor, em um regime estacionário de condução, é 
diretamente proporcional à área e à diferença de 
temperatura e inversamente proporcional à 
espessura. 
 
 
 
Matematicamente obtemos: 
 
 
 
Nessa equação, a constante K é denominada 
coeficiente de condutibilidade térmica da 
substância. O seu valor é uma característica da 
substância. Nos condutores térmicos seu valor é 
elevado e nos isolantes, baixo. Unidade: J/s.m.K ou 
cal/s.cm.°C 
 
COEFICIENTES DE 
CONDUTIBILIDADE TÉRMICA 
 
 
 
CONVECÇÃO TÉRMICA 
 
Na transmissão do calor por convecção 
térmica é necessário que haja deslocamento de 
matéria. Esse deslocamento ocorre por diferença na 
densidade entre as diferentes porções de matéria 
dentro de um ambiente. Exemplo: o ar quente, 
menos denso, sobe, propagando calor, enquanto o 
ar frio desce. 
 
 
 
Quando um ambiente é resfriado, esse 
resfriamento é feito a partir da região superior, 
porque o fluido frio tende a descer. Assim, o 
congelador de uma geladeira é colocado na parte 
superior e o ar-condicionado de uma sala de cinema 
é localizado no teto. 
 
IRRADIAÇÃO TÉRMICA 
 
Na transmissão do calor por irradiação 
térmica, a energia não precisa de um meio material 
para se propagar, isto é, ela pode se propagar no 
vácuo. Essa energia, que não necessita de um meio 
material para se propagar, denomina-se energia 
radiante, e é transmitida através de ondas 
eletromagnéticas. O corpo que emite energia 
radiante é chamado de emissor e o que recebe, 
receptor. 
 
 
As ondas eletromagnéticas são formadas por 
ondas de diferentes frequências, chamadas 
radiação. As mais comuns, por ordem decrescente 
de frequência, são: 
 
• raios cósmicos 
• raios γ 
• raios X 
• raios ultravioleta 
• luz visível 
• raios infravermelhos 
• microondas 
• ondas de rádio e TV 
 
Das ondas eletromagnéticas, as que se 
transformam mais facilmente em calor, quando 
absorvidas pelo receptor, são as infravermelhas, 
também chamadas ondas de calor. 
Quando o calor radiante incide na superfície 
de um corpo, ele é parcialmente absorvido, 
parcialmente refletido e parcialmente transmitido. Na 
figura: Qi é a parcela incidente; Qr a parcela 
refletida; Qa a parcela absorvida; Qt a parcela 
transmitida. 
 
 
 
Da conservação da energia temos: 
 
 
 
Para avaliar que proporção do calor incidente 
sofre os fenômenos de absorção, reflexão e 
transmissão, definimos as seguintes grandezas 
adimensionais. 
 
 
Assim: a + r + t = 1 
 
Quando não há transmissão (t = 0), o corpo 
é denominado atérmico (opaco ao calor). 
 Nesse caso: a + r = 1. 
 
EXERCÍCIO 
 
1 - Uma roupa de lã tem 5 mm de espessura. 
Supondo-a totalmente em contato com a pele de 
uma pessoa, a 36ºC, num meio ambiente de 10ºC, 
determine: 
a) O fluxo de calor por cm2 através da roupa 
b) A quantidade de calor perdida por cm2 pela pele 
em 1 minuto 
Dado: Klã = 0,00009 cal/s.cm.ºC 
 
2 - (UFGO) O sentido da transmissão de calor entre 
dois corpos depende: 
a) de seus estados físicos 
b) de suas temperaturas 
c) de suas quantidades de calor 
d) de suas densidades 
e) de seus calores específicos 
 
3 - (UFSCAR) Considere três fenômenos simples: 
I) circulação de ar na geladeira 
II) aquecimento de uma barra de ferro 
III) variação de temperatura do corpo humano no 
banho de sol 
Associe, nesta mesma ordem, o tipo de transferência 
de calor que principalmente ocorre nesses 
processos: 
a) convecção, condução, radiação 
b) convecção, radiação, condução 
c) condução, convecção, radiação 
d) radiação, convecção, condução 
e) condução, radiação, convecção 
 
4 - (FATEC-SP) Em uma noite fria, quando tocamos 
em objetos que estão expostos ao tempo, 
verificamos que uma peça metálica – a maçaneta 
metálica de uma porta por exemplo – parece mais 
fria que a própria porta. Esse fato pode ser explicado 
por que: 
a) a massa da maçaneta é menor do que a da porta 
b) o metal é bem mais denso que a madeira 
c) a porta é pintada e a tinta é isolante térmico 
d) o metal é bom condutor de calor 
e) a liga metálica da maçaneta é isolante térmico 
5 - (UFSCAR) Um grupo de amigos compra barras 
de gelo para um churrasco, num dia de calor. Como 
as barras chegam com algumas horas de 
antecedência, alguém sugere que sejam envolvidas 
num grosso cobertor para evitar que derretam 
demais. Essa sugestão 
a) é absurda, porque o cobertor vai aquecer o gelo, 
derretendo-o ainda mais depressa. 
b) é absurda, porque o cobertor facilita a troca de 
calor entre o ambiente e o gelo, fazendo com que ele 
derreta ainda mais depressa. 
c) é inócua, pois o cobertor não fornece nem absorve 
calor ao gelo, não alterando a rapidez com que o 
gelo derrete. 
d) faz sentido, porque o cobertor facilita a troca de 
calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu 
derretimento. 
e) faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de 
calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu 
derretimento. 
 
6 - (FUVEST) O calor do Sol chega à Terra por um 
processo de: 
a) condutibilidade, através das moléculas 
b) convecção, por aquecimento do meio 
c) difusão de partículas no vácuo 
d) radiação, que pode ocorrer no vácuo 
e) transdução, ligada ao plasma (4º estado da 
matéria) 
 
7 - (FUVEST) Nas geladeiras, o congelador fica 
sempre na parte de cima para: 
a) manter a parte de baixo mais fria que o 
congelador 
b) manter a parte de baixo mais quente que o 
congelador 
c) que o calor vá para o congelador 
d) acelera a produção de cubos de gelo 
e) que o frio vá para o congelador 
 
8 - (UFSC) Nas geladeiras, retira-se periodicamente 
o gelo do congelador. Nos polos, as construções são 
feitas sob o gelo. Os viajantes do deserto do Saara 
usam roupas de lã durante o dia e à noite. 
Relativamente ao texto acima, qual das afirmações 
abaixo não é correta? 
a) O gelo é mau condutor de calor. 
b) A lã evita o aquecimento do viajante do deserto 
durante o dia e o resfriamento durante a noite. 
c) A lã impede o fluxo de calor por condução e 
diminui as correntes de convecção. 
d) O gelo, sendo um corpo a 0ºC, não pode dificultar 
o fluxo de calor. 
e) O ar é um ótimo isolante para o calor transmitido 
por condução, porém favorece muito a transmissão 
do calor por convecção. Nas geladeiras, as correntes 
de convecção é que refrigeram os alimentos que 
estão na parte inferior. 
 
9 - (PUC-PR) Uma placa de alumínio de 1,0 m2 de 
área superficial e 10 cm espessura foi usada para 
separar dois meios de temperaturas constantes e 
iguais a 20ºC e 100ºC. Determine a intensidade da 
corrente térmica através da placa, após ser atingido 
o regime estacionário. Dado: KAl = 0,50 cal/s.cm.ºC 
10 - (MACK) 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) 800 b) 600 c) 500 d) 300 e) n.d.a. 
 
11 - (UFMG) Um estudante aprendendo a esquiar 
em Bariloche, Argentina, veste uma roupa especial 
de 8,0cm de espessura e 2,4m2 de área. O material 
com que foi feita a roupa tem condutibilidade térmica 
de 5,0 x 10-5 cal/s.cm.ºC. Sabendo que a 
temperatura corporal é de 37ºC e a temperatura 
ambiente é de -30ºC, determine a quantidade de 
calor conduzida através do tecido durante 1 minuto. 
 
12 - (Fuvest) Tem-se uma barra cilíndrica de 
comprimento L = 50 cm e base com área S = 10 cm2. 
Uma de suas bases (A) é mantida a uma 
temperatura constante TA = 100ºC e a outra (B) é 
mantida em contato com uma mistura de água e gelo 
à temperatura TB = 0ºC. Se o coeficiente de 
condutibilidade térmica vale 0,5 cal/s.cm.ºC. Calcule: 
a) A quantidade de calor que passa em 1s. 
b) Quantos gramas de gelo se derretem em 40s. 
 
13 - (ITA) Em uma garrafa térmica, uma das razões 
pela qual o líquido quente se conserva aquecido é: 
a) a camada espelhada impede a transmissão do 
calor por condução. 
b) o vácuo entre as paredes duplas impede a 
transmissão do calor por radiação. 
c) a garrafa é de vidro cujo coeficiente de 
condutibilidade térmica é baixo. 
d) a pintura escura do revestimento externo absorve 
a radiação térmica vinda de fora. 
e) nenhuma das alternativas anteriores. 
 
14 - (ITA) Uma pessoa dorme sob um cobertor de 
2,5 cm de espessura e de condutibilidade térmica 3,3 
x 10-4 J·cm-1·s-1· (oC)-1. Sua pele está a 33oC e o 
ambiente a 0oC. O calor transmitido pelo cobertor 
durante uma hora por m2 de superfície é: 
a) 4,4.10-3 J b) 4,3.102 J c) 1,6.102 J 
d) 2,8.102 J e) 1,6.105 J 
 
GABARITO 
 
1 – a) 0,00468 cal/cm² 9 – 600 cal/s 
 b) 0,00468 cal / min 10 – B 
2 – B 11 – 603 cal 
3 – A 12 – a) 10 cal 
4 – D b) 5 g 
5 – E 14 – E 
6 – D 
7 – C 
8 – D