Radiação

CALOR
Transferência de energia
Em elaboração Prof. Patricia
2009
TRABALHO - ENERGIA
Interessa-nos: um sistema que produza
calor ou trabalho
• Produz deslocamento de uma massa sob ação de uma força
CALOR
Calor é a energia transferida de um corpo a outro, em
virtude, unicamente, de uma diferença de
temperatura
Q = m . c . ΔT
Unidade: 1cal=4,18J = quantidade de calor necessário para elevar de
1ºC a temperatura de 1g de água
Calor = Energia em transito
Maior a temperatura de um corpo – maior a sua energia interna
Quantidade de calor trocada
Q  m.c.
m = massa do corpo (grama)
c = calor específico (cal/g. °C)
dT = diferença de temperatura (ºC)
• Equação fundamental da calorimetria
• Calor trocado que ocorre devido a variação de
temperatura
• Instrumento de medida: calorímetro
Calorímetro
• Lista 3
Troca de calor
Ocorre até ocorrer o equilíbrio térmico
Q
Capacidade térmica: C 

 a  b
 cal 


 C 
Calor específico © de uma substância é
numericamente, a quantidade de calor
necessária a elevar (ou abaixar) 1ºC a
temperatura de uma massa unitária de
substância.
cal
c água  1 g C
FUE
• Quantidade de calor (Lista 4)
Formas de Transferência de Calor
Condução: transferência de calor, através da agitação, de molécula para
molécula, ao longo de um sólido.
Convecção: a transferência de calor pela movimentação de massa de
fluidos (ar e água) como por exemplo:
– Térmicas que representam trocas de calor verticais
– Advecção que representam movimentos horizontais como o
Vento
Radiação: a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas
como por exemplo a energia que vem do sol.
Transferência de calor - Condução
Condução Processo pelo qual o calor é transferido de um
ponto a outro em um sólido.
A
Os metais
condutores térmicos
B
Os não metais
isolantes térmicos
Classificados pelo valor do coeficiente de condutibilidade térmica - “k”
Alto coeficiente de
condutibilidade térmica
Baixo coeficiente de
condutibilidade térmica
Condução - Determinação da
quantidade de calor transferida
Δt (tempo)
S (área)
Q
d
Q prop
S
ΔT = (TB – TA) < 0
1/d ( d = espessura)
K = Coef.Condutibilidade Térmica do
material
TA > TB
Q  K.
S .t.T
d
Convecção
Transferência de calor por meio de movimentação
de moléculas líquidas ou gasosas, que alternam
suas posições no meio devido à diferença de
densidade. .
Convecção forçada:
Radiação
• Transferência de calor através do vácuo.
• Processo de propagação da energia radiante.
• Energia transportada por ondas eletromagnéticas.
Motivo que a radiação solar chega à Terra.
Radiação Solar
Insolação solar: Energia solar,
por unidade de área, incidente
numa superfície.
Media em W.h/m2
Radiação solar que atinge a
atmosfera terrestre:
1.400 W/cm2 = 2 [cal/min]/cm2
(fluxo solar)
http://www2.cptec.inpe.br/satelite/metsat/pesquisa/radsat/radiacao.htm
Transferência de calor - Radiação
• Todos os corpos aquecidos emitem radiações térmicas que ao
serem absorvidas por um outro corpo, provocam elevação de
temperatura.
O espectro da radiação eletromagnética
Comprimento da onda
No ar ou vácuo
c = 300.000 km/s
c = .f
Velocidade da onda
eletromagnética
freqüência
Lei de Wein:
o comprimento de onda
correspondente ao
máximo de radiação
emitido por um corpo
depende da sua
temperatura:
λmax=2897μmK/T docorpo
O Fluxo de Energia Incidente na
Superfície Terrestre
•
Nem toda energia que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície. Na verdade
31% é refletida para o espaço sem ser aproveitada. As nuvens contribuem refletindo
23% da energia incidente. Essa energia refletida representa o albedo planetário. O
restante da energia incidente é absorvida pela atmosfera em sua maior parte pela
superfície da terra.
http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/radia_solar.htm
O Fluxo de Energia Incidente na
Superfície Terrestre
•
•
Da mesma forma que refletem grande
quantidade de energia vinda do sol, as nuvens
absorvem enormes porções da energia refletida
pela superfície. Por isso as nuvens são muito
importantes, pois funcionam como barreira para
a insolação emitida pela terra impedindo que o
planeta esfrie demasiadamente. Ou seja as
nuvens funcionam como controladoras da
temperatura da superfície do planeta e
qualquer processo que altere a quantidade
média das nuvens afetará a nossa vida.
Outro elemento importante é o gás carbônico que juntamente com as nuvens
controla a temperatura da terra. Ele absorve a energia emitida pela superfície e
juntamente com o vapor d’água é um dos principais constituintes do chamado efeito
estufa, fenômeno natural sem o qual a vida do planeta não existiria como
conhecemos.
O Fluxo de Energia Incidente na
Superfície Terrestre
Radiação
solar
incidente
100%
4%
20%
6%
Topo da Atmosfera
Atmosfera
Nuvens
Superfície
terrestre
Absorvida na superfície
51%
19%
Absorvido pela
Atmosfera e
Nuvens
Temperaturas notáveis
ºC
Explosão do fio metálico por descarga
elétrica
10.000
Atmosfera solar
5.700
Arco voltaico
4.800
Fusão do tungstêncio
3400
Filamento de uma lâmpada
2.500
Fusão do chumbo
327
Mistura frigorífica (NaCL+gelo)
-21
Ebulição do hidrogênio
20K
Ebulição rápida do Hélio
0,71K
Zero absoluto
-273ºC
Emissão espectral de corpos abaixo de 100oC.
Efeito estufa
Os gases estufa: gás carbonico,
metano e CFC aprisionados na
atmosfera que circunda a Terra fazem
o papel do vidro no automóvel.
Ondas eletromagnéticas na faixa dos raios infravermelhos
A absorção dessa energia está relacionada com a cor e o polimento dos corpo que a recebe.
1. Ilustração
2.Uma pessoa sente frio quando perde calor rapidamente. O pingüim eriça
suas penas para manter ar entre elas, evitando que haja transferência de
calor de seu corp para o meio ambiente
3. Embora o metal e a madeira estejam à mesma temperatura, a
peça metálica parece estar mais fria.
4. Em um líquido, o calor se transfere de um ponto ao
outro devido à formação de correntes de convecção .
5. No interior da geladeira formam-se correntes de convecção
6. Banho e água da cozinha aquecida pela serpentina
do fogão à lenha;
Líquido e vapor coexistem num recinto fechado
A velocidade de evaporação depende da área da
superfície exposta ao ar
A evaporação provoca resfriamento
Em uma panela comum a temperatura não
ultrapassa 100°C
Nem toda a
radiação solar é
aproveitada, como
em qualquer
corpo. Também no
coletor solar pode
haver perdas de
três formas:
radiação,
convecção e
condução.
Insolação solar em São Paulo ~1000Wh/m2
Exercícios:
• Transferência de calor (Lista 5)
• Quantidade de calor (Lista 4)