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Lista de Exercícios

Aula 6-44: Propagação de calor


Nas aulas anteriores, aprendemos que o calor é a energia que flui, espontaneamente, de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura. O calor pode fluir de 3 diferentes maneiras:

 

  • Condução: Neste processo, as partículas mais agitadas (de maior temperatura), agitam as partículas adjacentes, fazendo, assim, com que a energia, passando de uma a uma, flua. Em outras palavras, podemos dizer que a condução é o modo de propagação de calor que se dá por transferência de energia entre as partículas de um determinado meio. Ocorre com maior intensidade nos sólidos, em seguida nos líquidos e com baixíssima intensidade nos gases, e não ocorre no vácuo, pois não há partículas neste meio. Podemos medir a condução de temperatura por meio do conceito de fluxo de calor, através da equação de Fourier:


    FLUXO DE CALOR: É a quantidade de energia que atravessa determina área (ou volume) por unidade de tempo

    ⚛ A unidade de medida para fluxo de calor é o:


    ➔ EQUAÇÃO DE FOURIER: É uma equação que nos fornece o fluxo de calor num meio em função de três variáveis: área da secção transversal, gradiente de temperatura e coeficiente de condutividade térmica do material.

       

    Em que:

    ◦ A: área da secção transversal do condutor

    ◦ g: gradiente de temperatura, que é a razão entre a diferença de temperatura entre as extremidades do condutor pelo seu comprimento:

    ◦ K: coeficiente de condutividade térmica do material que compõe o corpo


    Coeficiente K de algumas substâncias

    Material

    K (cal/cm.s.°C)

    Alumínio

    0,5

    Aço

    0,11

    Água

    0,0014

    Ar

    0,00006
   



  • Convecção: Neste processo, o calor é transmitido através do movimento de massa que compõe um fluido (Ocorre apenas em fluidos[gases e líquidos]). A massa de ar é aquecida, tem o seu volume expandido, consequentemente, terá a sua densidade reduzida e, em seguida, se movimentará para cima, ao passo que o restante do fluido (que não teve alterações em sua densidade) desce. Este movimento se repete, fazendo transitar energia, continuamente.




  • Irradiação (ou radiação): Corpos também podem trocar energia através de ondas eletromagnéticas (as ondas eletromagnéticas capazes de transportar energia térmica são, por vezes, chamadas radiação térmica, para distingui-las das demais [sinais eletromagnéticos e radiação nuclear]). Neste tipo de propagação, não há necessidade de um meio material para a sua efetivação, podendo haver propagação mesmo no vácuo.


       

    Uma fogueira, por exemplo, é capaz de emitir ondas eletromagnéticas que fazem o ambiente aquecer, elevando a sua energia térmica, ao passo que a energia do fogo diminui. Notem que este transito energético é de duas vias: energia do ambiente chega até o fogo e energia do fogo chega até o ambiente. Apenas se a fogueira estiver numa temperatura maior que o ambiente haverá fluxo de calor da fogueira para o ambiente. Isto acontece porque a emissão de radiação é proporcional ao quadruplo da temperatura do corpo. Esta relação é descrita pela lei de Stefan-Boltzmann.


    ➔ EQUAÇÃO DE STEFAN-BOLTZMANN: É a equação que descreve a potência da emissividade em função do tempo.

    Em que:

    : é a constante de emissividade do corpo

    : é a constante de Stefan-Boltzmann, que vale:

    : é a área do objeto emissor

    : é a temperatura do objeto emissor, em kelvin, evidentemente.