m x c x Δ???? = ???? m = m = 4 g TRANSMISSÃO DE CALOR CAP.: 05 – VOLUME 3 – MATÉRIA E ENERGIA 1. Introdução: Em muitas situações do cotidiano, presenci...

m x c x Δ???? = ???? m = m = 4 g TRANSMISSÃO DE CALOR CAP.: 05 – VOLUME 3 – MATÉRIA E ENERGIA 1. Introdução: Em muitas situações do cotidiano, presenciamos a troca de calor entre corpos ou entre sistemas. Ao colocar água para ferver numa panela (Fig. 1), por exemplo, poderíamos nos perguntar: como o calor flui da chama para a água? O calor pode ser transmitido de um corpo ou de um sistema para outro por três processos distintos: condução, convecção e irradiação. Na maioria das situações cotidianas, a transmissão de calor ocorre por meio de dois ou até dos três processos simultaneamente, mas com a predominância de um deles. 2. Fluxo de calor Em muitas situações práticas, é importante conhecer a “rapidez” com que o calor é transferido de um corpo para outro. A razão entre a quantidade de calor Q e o intervalo de tempo Δ???? para a sua transferência é denominada fluxo de calor, representada por ????(????????). 3. Condução térmica é o processo de transmissão do calor em que a energia térmica se propaga de uma partícula para outra do meio material. Podemos verificar isso na prática com uma experiência bem simples, exemplo: 1. Em um bastão de metal, fixe alguns pregos ou tachinhas com parafina, mantendo certa distância entre eles; caso contrário, será difícil observar o fenômeno da condução no experimento. Ao colocar uma das extremidades do bastão em contato com uma fonte de calor (chama), percebemos que a parafina derrete gradativamente a partir dessa extremidade, fazendo com que os pregos ou as tachinhas caiam um a um. O que ocorre é que as partículas do bastão em contato com a chama passam a vibrar com mais intensidade, e essa vibração mais intensa vai se transferindo de uma partícula para outra ao longo do comprimento do bastão (Fig. 2). Os materiais em que esse processo de transmissão do calor ocorre de forma mais acentuada são chamados de CONDUTORES TÉRMICOS, por exemplo, os METAIS. Já aqueles em que tal processo praticamente não ocorre são chamados de ISOLANTES TÉRMICOS, por exemplo, a MADEIRA E O ISOPOR. A lei que define esse processo de transmissão de calor foi determinada experimentalmente pelo matemático francês JEAN-BAPTISTE FOURIER (1768-1830). De acordo com a lei de Fourier, a quantidade de calor Q que atravessa um material, com uma diferença de temperatura invariável, é diretamente proporcional à área da seção atravessada A, à diferença de temperatura entre as regiões separadas pelo material (T1 – T2, sendo T1 > T2) e ao intervalo de tempo de transmissão Δ???? sendo inversamente proporcional à extensão, ou espessura, e atravessada. (Fig. 3) 4. CONVECÇÃO TÉRMICA é o processo de transmissão do calor em que a energia térmica se propaga pela movimentação de MASSAS LÍQUIDAS OU GASOSAS, que alternam suas posições no meio devido à diferença de densidade. Exemplo 1: Quando você aquece um líquido numa chama, as camadas inferiores, à medida que se aquecem, ficam menos densas e sobem, enquanto as camadas superiores, menos quentes, descem, pois têm maior densidade. Dessa forma, vai ocorrendo a mistura das partes mais aquecidas com as menos aquecidas, e o conjunto acaba por esquentar como um todo. Se você colocar pequenas partículas, por exemplo, macarrão do tipo argolinha, no líquido que está sendo aquecido, poderá ver as partículas, ou seja, o macarrão, se movimentando, acompanhando as correntes de convecção que se formam durante o aquecimento (Fig. 4). Observe que esse processo de TRANSFERÊNCIA DE CALOR NÃO OCORRE NOS SÓLIDOS. ELE É EXCLUSIVO DOS LÍQUIDOS E GASES, genericamente denominados FLUIDOS. As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser explicadas pela existência de correntes de convecção, associadas à diferença de aquecimento da terra e do mar no decorrer do dia. Durante o dia, a terra está mais quente que o mar, pois a água é um material que precisa absorver grandes quantidades de calor para ser aquecida, e isso está associado ao grande calor específico desse líquido. Então o ar mais quente, em contato com a terra, sobe por convecção e produz uma região de baixa pressão, aspirando o ar que está sobre o oceano. Sopra, então, A BRISA MARÍTIMA(A). À noite, o processo se inverte, e agora a água, sem o aquecimento do Sol, demora mais para esfriar, mantendo-se mais quente que a terra. Então, o ar sobre o mar sobe por convecção, produzindo uma região de baixa pressão, aspirando o ar que está sobre a terra. Sopra, assim, A BRISA TERRESTRE(B). As correntes de convecção também explicam a sustentação de planadores, asas-deltas e outros veículos aéreos sem propulsão. Os pássaros, por instinto, utilizam as correntes de convecção durante o voo. INVERSÃO TÉRMICA O ar mais próximo à superfície, que é mais quente, portanto, menos denso, pode ascender levando resíduos poluentes, principalmente das emissões dos automóveis e das indústrias, favorecendo a sua dispersão nas camadas mais altas (Fig. 6.A). Esse processo, simples e desejável, é denominado CONVECÇÃO ATMOSFÉRICA(A) Quando uma camada de ar quente estaciona, por longo tempo, sobre uma massa de ar frio, ocorre o fenômeno denominado INVERSÃO TÉRMICA(B), que impede A CONVECÇÃO. INVERSÃO TÉRMICA(B) A INVERSÃO TÉRMICA é uma condição meteorológica que pode ocorrer em qualquer altitude e em qualquer época do ano, porém, no inverno, ela acontece principalmente nas camadas mais baixas da atmosfera. Baixas temperaturas, céu limpo, ventos fracos e noites longas favorecem a ocorrência da inversão térmica. 5. IRRADIAÇÃO TÉRMICA A transmissão de energia pelas ondas eletromagnéticas, como ondas de rádio, micro-ondas, raios infravermelhos, luz visível, raios ultravioletas, raios X e raios gama, é denominada genericamente IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO Ao contrário da CONDUÇÃO E DA CONVECÇÃO TÉRMICAS, ela não precisa de um meio material para ocorrer. . Por exemplo, O CALOR DO SOL chega até nós por meio das radiações eletromagnéticas emitidas por esse astro, que atravessam o vácuo existente entre ele e a Terra. Ao absorver a energia proveniente dessas radiações, o grau de agitação das partículas dos corpos aumenta e eles sofrem aumento de temperatura.