Processo de propagação do calor no qual a energia térmica muda

PROPAGAÇÃO DE CALOR
CONDUÇÃO TÉRMICA
Condução é o processo de propagação
de calor no qual a energia térmica passa
de partícula para partícula de um meio.
FLUXO DE CALOR (Φ) – LEI DE FOURIER
Q

t
(θ1 > θ2)
Unidade de φ:
J/s = W (S.I.)
Unidades usuais: cal/s, cal/min
LEI DE FOURIER:
  
A
  1
A  


k  A  


k: Coeficiente de condutibilidade térmica
LEI DE FOURIER:
Os maiores valores do coeficiente k
pertencem aos metais, que são os
melhores condutores de energia
térmica. Os menores valores de k
ficam para os isolantes térmicos,
como a lã, a cortiça, a madeira, os
gases em geral e outros.
k  A  


kcondutores >> kisolantes
(Isolante Ideal: k = 0)
Unidade de k:
Material
k (cal/s.cm.°C)
Ar
5,6.10-5
W/m.°C (S.I.)
Unidade usual: cal/s.cm.°C
Madeira
3.10-4
Alumínio
4,9.10—1
Prata
1,01
LEI DE FOURIER:
Inicialmente, as diversas seções da barra apresentam temperatura variável.
Decorrido certo intervalo de tempo, entretanto, essas seções assumem
temperaturas constantes, mas diferentes entre si. Em tal situação, atingiu-se
um equilíbrio e o fluxo de calor dá-se em regime estacionário ( φ = cte).
Nesse caso, a temperatura ao longo da barra obedece ao gráfico
representado a seguir:
EXEMPLO:
Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e área de seção transversal
de 5 cm2 tem uma de suas extremidades em contato térmico com uma câmara
de vapor de água em ebulição (100 °C). A outra extremidade está imersa em
uma cuba que contém uma mistura bifásica de gelo fundente (0 °C):
A pressão atmosférica local é normal. Sabendo que o coeficiente de
condutibilidade térmica do alumínio vale 0,5 cal/s cm °C, calcule:
a) a intensidade da corrente térmica através da barra, depois de
estabelecido o regime permanente;
b) a temperatura numa seção transversal da barra, situada a 40 cm da
extremidade mais quente.
EXEMPLO:
Do enunciado, temos que:
k = 0,5 cal/s cm °C
A = 5 cm2
|Δθ| = 100 °C – 0 °C = 100 °C
L = 50 cm
a)
k  A  

0,5  5  100

50
  5 cal / s

EXEMPLO:
 A B 
b) Regime estacionário: φ = cte.
A
B
C
k  A  

0,5  5  (100  )
5
40
80  100  
  100  80
  20C
EXEMPLO:
Ou:
b) Regime estacionário: φ = cte.
A
B
C
  cte
 AB  BC
k  A  (100  ) k  A  (  0)

 AB
 BC
100   

40
10
100  

4
4  100  
5  100
  20C
CONVECÇÃO TÉRMICA
Convecção é o processo de
propagação de calor no qual a energia
térmica muda de local, acompanhando
o deslocamento do próprio fluido.
A convecção ocorre em fluidos.
REFRIGERADORES DOMÉSTICOS E
AR CONDICIONADO
Ar Quente
Ar Frio
BRISAS MARINHAS
Brisa Marítima
Brisa Terrestre
INVERSÃO TÉRMICA
IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO
É o processo de propagação de energia através de ondas
eletromagnéticas.
A energia emitida por um corpo (energia radiante) se propaga até
outro através do espaço que os separa.
Ao serem absorvidas, a energia transportada por essas ondas se
transforma em energia térmica.
Onda Eletromagnética
Constituída por dois campos variáveis no tempo, Elétrico e
Magnético, que se propagam. Essa propagação pode ocorrer no
vácuo e em determinados meios materiais.
Espectro Eletromagnético
Todas as ondas eletromagnéticas transportam energia, mas
apenas as correspondentes à faixa do infravermelho são
chamadas de ondas de calor.
Garrafa Térmica (Vaso de Dewar)
A garrafa térmica é um dispositivo cuja finalidade principal é manter constante, por
um maior intervalo de tempo, a temperatura de seu conteúdo.
As paredes desse sistema são praticamente adiabáticas.
• Vácuo entre as paredes internas: Diminuição da troca de calor por condução.
• Paredes internas espelhadas: Diminuição da troca de calor por radiação.
• Tampa: Impedimento das trocas de calor por convecção.
Todos os corpos estão, constantemente, emitindo e
absorvendo calor.
 Um corpo que é um bom absorvedor de calor
(mau refletor), também é um bom emissor de calor.
 Um corpo que é um mau absorvedor de calor
(bom refletor), também é um mau emissor de calor.
A temperatura de um corpo aumenta (Δθ > 0):
Taxa de Absorção de calor > Taxa de Emissão.
A temperatura de um corpo diminui (Δθ < 0):
Taxa de Absorção de calor < Taxa de Emissão.
Absorvedor e Emissor ideal: Corpo negro
Corpos negros são bons absorvedores e
corpos claros são bons refletores de
calor.
Coletor solar