O documento discute os conceitos de transferência de calor por condução e convecção. A condução ocorre nos sólidos e envolve a transferência de energia entre partículas adjacentes através de contato direto. A convecção ocorre nos fluidos e envolve o movimento de partículas mais quentes para cima e mais frias para baixo, formando correntes de circulação. O documento também discute a condutividade térmica, a primeira e segunda leis da termodinâmica, e máquinas térmicas e frigorí

1. Aquecimento e
arrefecimento de
sistemas

2. Daniela Pinto
Transferência de calor
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“Transferência de calor (ou calor) é energia térmica em trânsito devido a
uma diferença de temperaturas no espaço”
(Incropera et al., 2008).
 Condução
 Convecção
Condução Convecção

3. Daniela Pinto
Condução e Convecção
Os sistemas têm de estar em contacto e com temperaturas diferentes.
A energia transfere-se do sistema com temperatura mais alta para o
sistema a temperatura mais baixa, até se atingir o equilíbrio térmico.
A condução ocorre nos sólidos.
A convecção ocorre nos fluidos (líquidos, gases e plasma).
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4. Daniela Pinto
Condução
Fonte:
www.terra.com.br/fisicanet
Transferência de energia de partículas mais
energéticas para partículas menos energéticas por
contacto direto.
Necessita obrigatoriamente de meio material para
se propagar mas não há transporte de matéria.
A transferência de energia ocorre ao longo de todo
o sólido ou entre sólidos que estejam em contacto.
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5. Daniela Pinto
Estes choques transferem a energia de uma
partícula para outra partícula, ao longo do metal.
A sua agitação aumenta e chocam umas com as
outras, aumentando a sua energia interna cinética.
A chama transfere energia às partículas do metal.
Exemplo
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6. Daniela Pinto
Convecção
Transmissão através da agitação molecular e do
movimento do próprio meio ou de partes deste
meio;
Movimento de partículas mais energéticas por entre
partículas menos energéticas;
É o transporte de calor típico dos meios fluidos.
A convecção ocorre nas estrelas, no interior dos
planetas (magma), nos oceanos, na atmosfera,
quando se aquece a água ou o ar com um radiador.
Fonte:
www.achillesmaciel.hpg.ig.com.br
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7. Daniela Pinto
O fluido quente sobe (é menos denso, porque
as suas partículas têm uma energia cinética
maior e estão mais afastadas)
Obrigando o fluido frio a descer (é mais
denso, porque as suas partículas têm uma
energia cinética menor e estão mais
próximas)
Formando correntes de convecção até que se
atinja o equilíbrio térmico.
Convecção
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8. Daniela Pinto
Mecanismo
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9. Daniela Pinto
Bons condutores de calor – Materiais que recebem e
libertam energia na forma de calor mais rapidamente
(ex: metais).
Maus condutores ou isoladores de calor – Materiais
que recebem e libertam energia na forma de calor mais
lentamente (ex: madeira, plástico, cortiça, líquidos e
gases).
Condutividade térmica (K) – Capacidade ou rapidez
que um material tem de transferir energia na forma de
calor.
Condutividade Térmica
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10. Daniela Pinto
Condutividade térmica (K) – Quantidade de energia transferida como
calor que passa, por segundo, através de uma barra de um material com
um metro de comprimento (L) e um metro quadrado de secção (A), quando
a diferença de temperatura entre as extremidades da barra é de 1 ºC (∆)
ou 1 K (∆T).
A unidade SI de condutividade térmica é W m-1 K-1, mas utiliza-se muito o
W m-1 ºC-1.
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11. Daniela Pinto
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𝑄
∆𝑡
= 𝐾. 𝐴.
∆𝜃
𝐿
Lei da condução térmica
Energia
transferida como
calor por
segundo (J/s)
Condutividade
térmica (W m-1 K-1)
Espessura (m)
Diferença de
temperatura (K)
Área (m2)

12. Daniela Pinto
Os materiais com uma condutividade
térmica baixa são os melhores isoladores
térmicos para as casas:
A energia transferida do exterior para o
interior, e do interior para o exterior da
casa, diminui muito e poupa-se energia
no aquecimento e arrefecimento da casa.
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Bons e maus condutores
Melhores
condutores
• maiores valores
da condutividade
térmica
Melhores
isoladores
• menores valores
da condutividade
térmica

13. Daniela Pinto
1ª Lei da Termodinâmica
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A energia total transferida na forma de calor (Q), trabalho (W) e radiação
(R), entre um sistema não isolado e a sua vizinhança, é igual à variação
da energia interna (∆Ei) desse sistema:
∆𝐸𝑖 = 𝑄 + 𝑊 + 𝑅
Ou desprezando a radiação:
∆𝐸𝑖 = 𝑄 + 𝑊

14. Daniela Pinto
Quando a energia interna
aumenta (∆Ei > 0), porque
o sistema recebe energia,
o seu valor é positivo.
Quando a energia interna
diminui (∆Ei < 0), porque o
sistema perde energia, o
seu valor é negativo.
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Convenção

15. Daniela Pinto
Tipos de Transformações
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Transformação irreversível – O sistema não pode voltar ao estado inicial
(ex: pedra a cair, prato a partir-se, furacões, tornados, relâmpagos e
apodrecimento da fruta).
Estas transformações ocorrem na natureza e são espontâneas.

16. Daniela Pinto
Tipos de Transformações
Para que estas transformações ocorram (não são espontâneas)
é necessário realizar trabalho e/ou fornecer energia na forma de calor.
• Para que a clara do ovo passe ao estado de clara
batida em castelo é necessário utilizar uma batedeira
que realize trabalho sobre o sistema. Passado algum
tempo, a clara batida desfaz-se e volta ao estado
líquido, tal como se encontrava inicialmente. 16
Transformação reversível – O sistema pode voltar ao estado inicial.

17. Daniela Pinto
Entropia
Medida da energia dissipada de um sistema, que não é
utilizável na realização de trabalho.
Nas transformações irreversíveis e espontâneas, a desordem
e a entropia dos sistemas aumentam (∆S > 0).
A entropia do Universo está a aumentar e a sua energia útil
está a diminuir.
Nas transformações reversíveis, a entropia do sistema diminui
(ΔS < 0) ou não varia (ΔS = 0 – ex: pêndulo em movimento). 17
Medida da desordem de um sistema

18. Daniela Pinto
2.ª Lei da Termodinâmica
É impossível transferir calor, espontaneamente, de um sistema
a temperatura mais baixa para outro sistema a temperatura
mais alta.
Numa transformação irreversível e espontânea, a energia útil
do sistema diminui (parte da energia é dissipada) e a entropia
aumenta.
É impossível receber energia como calor e transformá-la
totalmente em trabalho (parte da energia é dissipada).
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19. Daniela Pinto
Máquinas Térmicas
As máquinas térmicas transformam calor em trabalho (ex: motor de um
automóvel, turbina e máquina a vapor).
Parte da energia fornecida à máquina na forma de calor (QQ) é
aproveitada para realizar trabalho (energia útil) e outra parte é dissipada
(QF) para a vizinhança como calor.
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20. Daniela Pinto
Máquinas Térmicas
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21. Daniela Pinto
Rendimento máquina térmica
Percentagem de energia que é aproveitada como trabalho. É sempre
inferior a 100 %, porque estas máquinas não transformam toda a energia
recebida em trabalho, dissipando uma parte para a sua vizinhança.
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22. Daniela Pinto
Máquina frigorifica
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A máquina frigorífica recebe trabalho, para depois usá-lo de
modo a retirar energia sob a forma de calor do seu interior,
transferindo-a por condução para seu exterior.
Transformam trabalho em calor.

23. Daniela Pinto
Máquina frigorifica
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24. Daniela Pinto
Eficiência
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𝑒 =
𝑄2
𝑊
Calor retirado à fonte fria
Trabalho da fonte externa