Propagação de calor - aula e exercícios

1. PROPAGAÇÃO DO CALOR

2. 2
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE
CALOR
 Condução
 Convecção
 Radiação térmica
Condução Convecção Radiação térmica

4. 1. Condução térmica
É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula
para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos
metais (condutores térmicos).
Exemplos de isolantes térmicos:
água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem, etc.

5. 1. Condução térmica
Aplicações de isolantes térmicos:
Exemplo1:
Os iglus, embora feitos de
gelo, impedem a condução de calor para
o meio externo. Elevando, assim sua
temperatura interna.

6. 1. Condução térmica
Exemplo2:
As roupas de frio são um exemplo
de isolante térmico; o ar que fica
retido entre suas fibras dificulta a
condução de calor.
Os pelos dos animais e a serragem também são bons
isolantes térmicos porque retêm ar.

7. 7
FLUXO DE CALOR NA CONDUÇÃO
 “Lei de Fourier”:
K é a condutividade térmica [W/(m ºC)]
K (Fe a 300K) = 80,2 W/(m ºC)
K (água a 300K) = 5,9 x 10-1 W/(m ºC)
K (ar a 300K) = 2,6 x 10-2 W/(m ºC)

8. Dedução Qualitativa da Lei de Fourier:
https://www.youtube.com/watch?v=FoWOMjAgbgg

10. EXEMPLO:

11. 2. Convecção térmica
É a propagação de calor com transporte de matéria.
Ocorre somente nos líquidos e gases.
Exemplo1: Água no fogo.
A água quente na parte inferior,
menos densa, sobe, enquanto a água
Fria na parte superior, mais densa, desce.
Esse movimento de água quente e fria
água fria, chamado de
corrente de convecção,
faz com que a água se aqueça como um todo.

12. 2. Convecção térmica
Exemplo2: Ar condicionado.
Para facilitar o resfriamento de uma
sala, o condicionador de ar deve ser
colocado na parte superior da mesma.
Assim, o ar frio lançado, mais denso,
desde, enquanto o ar quente na parte
inferior, menos denso, sobe (corrente
de convecção).

13. 2. Convecção térmica
Exemplo3: Geladeira.
Para facilitar o resfriamento da geladeira,
o congelador deve ser colocado na parte
superior da mesma. Assim, o ar frio
próximo ao congelador, mais denso, desce,
enquanto o ar quente na parte inferior, menos
denso, sobe (corrente de convecção).

14. 2. Convecção térmica
Exemplo5: Brisa litorânea: De dia, o ar junto à areia se aquece e,
por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre
a água. Assim, forma-se a brisa que sobra do mar para a terra, a brisa
marítima.
À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e é substituído
pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que
sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.

15. 3. Irradiação térmica
É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas,
principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor).
Ocorre inclusive no vácuo.

16. 16
TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO
i
t
r
a Q
Q
Q
Q 

 1


 t
r
a
de)
(absorvida
Q
Q
a
i
a
 )
ade
refletivid
(
Q
Q
r
i
r
 )
vidade
transmissi
(
Q
Q
t
i
t


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REFLEXÃO
• O refletor perfeito (espelho ideal), r = 1.
Absorção
• Um corpo negro (absorvedor perfeito), a = 1.
• Um corpo cinzento, a < 1.
Transmissão
• Um corpo transparente, t ≠ 0 (zero).
• Um corpo opaco, t = 0 (zero).
1
t
r
a 


Modelos adotados na radiação térmica

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TRANSMISSÃO DE CALOR POR
RADIAÇÃO
Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bom
emissor de radiação térmica e todo bom refletor é um
mau emissor de radiação térmica.
Corpo negro é também o emissor ideal de
radiação térmica (radiador ideal)!!!!
Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de
radiação térmica. Ex.: fuligem (a =  = 0,94).
Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores
de radiação térmica. Ex.: prata polida (a =  = 0,02).

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FLUXO DE CALOR NA RADIAÇÃO
“Lei de Stefan-Boltzmann”:
E – Poder emissivo [W/m2];
 – emissividade (0 ≤  ≤ 1);
σ – Constante de Stefan-Boltzmann [5,7 x 10-8 W/(m2 K4)];
T – Temperatura absoluta do corpo (K).

24. GARRAFA TÉRMICA (Vaso de Dewar):
A garrafa térmica tem por finalidade evitar as propagações de
calor. Ela é constituída por uma ampola de vidro com faces
espelhadas (as faces espelhadas evitam a irradiação). A ampola tem
parede dupla de vidro com vácuo entre elas (o vácuo evita a
condução e a convecção). Externamente, uma camada de plástico
protege a ampola.