Propagação de calor

Mecanismos de propagação de calor

O calor se transfere de objetos mais quentes para os mais frios. Corpos com diferentes temperaturas, quando são colocados em contato, tendem a atingir uma temperatura  comum (equilíbrio térmico).

As transferências de calor podem ocorrer de três maneiras: condução, convecção e radiação.

Condução

O que acontece se você mexe uma panela no fogo com uma colher de metal? Queima a mão. E se usasse uma colher de madeira? Melhor, não? O calor se transmite com mais acilidade pelo metal do que pela madeira. Os materiais que transmitem o calor rapidamente são chamados de condutores de calor. Os maus condutores são chamados de isolantes.

Em um dia frio sentimos um chão de lajotas mais frio do que um chão de madeira, embota ambos estejam à mesma temperatura. A lajota troca calor mais rápido que a madeira, daí a sensação de frio.

Os sólidos que possuem elétrons fracamente ligados são bons condutores de calor. Eles movimentam-se rapidamente transferindo energia para outros elétrons e transferindo calor. Maus condutores (como lã, madeira, cortiça) são formados por moléculas com elétrons fortemente ligados. As moléculas oscilam em torno do mesmo lugar transferindo menos energia.

Pessoas conseguem caminhar sobre a brasa da madeira sem queimar os pés, pois ela é um bom isolante mesmo em brasa. Mas não faça isso por conta própria, muitas pessoas já se queimaram, especialmente se a madeira tiver pedaços de metal ou outros bons condutores misturados.

O ar também é um bom isolante térmico. Se o ar fosse um bom condutor sentiríamos frio com temperaturas de apenas 20o C.

A neve também é um bom isolante. Iglus feitos de gelo conseguem manter a temperatura interna mais alta do que o ambiente externo.

A Lei de Fourier permite clacular o fluxo de calor entre duas regiões:

TQ e TF correspondem as temperaturas nos lados quente e frio e k é o coeficiente de condutilbilidade térmica.

 

Convecção

A transferência de calor por um mecanismo indireto é chamada de convecção.  Essa transferência é feita através de fluidos (líquidos e gases).

Nas geladeiras mais antigas, o ar no interior era resfriado por uma placa metálica que ficava na parte interna mais alta. Assim, o ar quente (menos denso) subia e o ar frio (mais denso) descia, resfriando o interior da geladeira. É por isso também que aparelhos de ar condicionado devem ser instalados na parte mais alta do cômodo da residência.

Coloque um pouco de erva mate em uma panela com água para aquecer e observe como há um fluxo com as folhinhas subindo e descendo à mercê da água quente.

Correntes de convecção circulam na atmosfera e produzem ventos. O aquecimento desigual da superfície da Terra faz surgir essas correntes. Na costa marítima isso é evidente. A areia, que possui baixo calor específico, aquece facilmente elevando a temperatura do ar acima, enquanto a água, que possui um alto calor específico, demora a aquecer ficando com um ar mais frio acima. Desse modo surge uma corrente de convecção de dia do mar para a areia. Na parte da noite ocorre o contrário. A areia esfria rápido e a água está quente pelo calor recebido ao longo do dia. A corrente de inverte da areia para a água.

 

Radiação

A energia transferida por ondas eletromagnéticas (energia radiante) não precisa de meio. É assim que a radiação solar chega à Terra. As ondas eletromagnéticas variam de acordo com o comprimento de onda. Dos comprimentos mais longos para os mais curtos: ondas de rádio, microondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios X e raios gama. O comprimento está relacionado com a frequência.

Uma fonte de baixa temperatura emite basicamente ondas de baixas frequências ou longos comprimentos de onda.

Uma fonte de alta temperatura emite basicamente ondas de altas frequências ou curtos comprimentos de onda.

Em uma estufa, o vidro é transparente à radiação de curto comprimento de onda, mas é opaco à radiação de longos comprimentos de onda. A energia reirradiada pela planta tem longo comprimento de onda porque a planta tem uma temperatura relativamente mais baixa.

 

Questão resolvida:

Uma garrafa térmica comum é um recipiente com paredes duplas de vidro espelhadas, entre as quais é feito vácuo. A garrafa possui uma taxa de transferência de calor muito baixa pela sua constituição.

I – O espelhamento interno evita a perda de calor por _____________, que refletem a energia radiante para o interior da garrafa.

II – O vácuo impede a troca de calor por ____________, pois não existe o fluido necessário (ar) para essa propagação.

III – O vácuo também torna impossível a perda de calor por _____________, embora o calor ainda escape através do vidro e da tampa (em um processo lento, pois são maus condutores de calor).

A opção que completa corretamente os espaços em branco é:

a)     I – condução; II – radiação; III – convecção

b)    I – convecção; II – radiação; III – condução

c)     I – radiação; II – condução; III – convecção

d)    I – condução; II –convecção; III – radiação

e)     I – radiação; II – convecção; III – condução

Solução:

O espelhamento é usado para refletir a radiação. O vácuo evita a convecção e a condução. Mas a presença do fluido na número II leva à convecção, enquanto na número III há referência aos "condutores de calor" que caracteriza condução.

Gabarito letra E

Bom estudo.



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