PROPAGAÇÃO DO CALOR + EXERCÍCIO COM GABARÍTO

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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 - Uma sala de estúdio é mantida à temperatura de 20 ºC e encontra-se separada de uma sala 
vizinha, à temperatura ambiente de 30 ºC, por uma janela retangular de vidro, de 8,0 mm de 
espessura, 1,0 m de altura por 1,5 m de largura. Sabendo que a condutividade térmica do vidro 
é 0,80 W/m.K, o total de calorias transmitidas pela janela, após 4,2 minutos é de, 
aproximadamente: 
a) 1,50 kcal. 
b) 37,8 kcal. 
c) 60,0 kcal. 
d) 90,0 kcal. 
e) 126 kcal. 
 
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 superfíciepelo vidro e pelo tijolo 
é: 
a) 800 
b) 600 
c) 500 
d) 300 
e) n.d.a. 
 
 
 
GABARITO 
 
1) a) 0,00468 cal/cm² 
 b) 0,00468 cal/min 
 
2) B 
3) A 
4) D 
5) E 
6) D 
7) C 
8) D 
9) D 
10) B