SEMANA 4 ATIVIDADE 4 E 5

TRANSMISSÃO DE CALOR & INTRODUÇÃO TERMODINÂMICA

A propagação do calor entre dois sistemas pode ocorrer através de três processos diferentes: a condução, a convecção e a irradiação

FLUXO DE CALOR

Seja Q a quantidade de calor que passa por uma superfície S num intervalo de tempo Δt. Definimos fluxo de calor (ɸ) como sendo o quociente entre Q e Δt:

ϕ=QΔtϕ=QΔt

A unidade de fluxo de calor no SI é o watt (W), isto é, joule por segundo. No entanto, são muito usadas as unidades caloria por segundo (cal/s) e caloria por minuto (cal/min). A definição de fluxo de calor é válida qualquer que seja o processo de propagação de calor através da superfície. 

1. Condução

É a forma de transferência de calor onde a energia é transferida de partícula para partícula, através da agitação atômico-molecular. Logo, só é possível em meios materiais e tende a ser mais acentuada em sólidos, onde a interação entre as partículas é maior. 

Acredita-se que os elétrons livres tenham participação fundamental nesse processo, pois os metais são os materiais que mais eficientemente propagam a energia por condução, sendo denominados bons condutores ou simplesmente condutores térmicos. Existem materiais em que a condução ocorre de modo pouco intenso, sendo designados maus condutores térmicos ou isolantes térmicos. Estão nesse caso, por exemplo, os líquidos e os gases em geral, o isopor, a madeira, o feltro e a cortiça. Esses materiais têm larga aplicação prática, sempre que se almeja isolamento térmico. Assim, cabos de panela são de madeira ou plástico, geladeiras portáteis são de isopor, calorímetros são isolados com placas de cortiça, etc. 

Tomemos como exemplo uma barra sólida, cujo comprimento vale L e com seção transversal A, colocada entre dois sistemas com temperaturas constantes, mas diferentes em seus extremos. 

Considerando-se uma barra de comprimento L e seção reta A, observa-se que a temperatura varia ao longo da barra de uma extremidade a outra de modo contínuo. É fundamental que a barra seja isolada lateralmente. Neste caso, o fluxo de calor através da barra será dado pela Lei de Fourier:

ϕ=QΔt=kA⋅(T2−T1)Lϕ=QΔt=kA⋅(T2−T1)L

Onde:

T2 e T1 são as temperaturas das extremidades da barra. A constante de proporcionalidade k é característica de cada substância, sendo denominada coeficiente de condutibilidade térmica do material. A é a área da superficie de troca de calor e L comprimento entre o ponto que propaga calor de uma material para outro. 

2. Convecção

Figura 1: Processo convecção 

Fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/propagacao-do-calor.html

É uma forma de transferência de calor que acontece somente em fluidos, isto é, nos líquidos, gases e vapores, uma vez que há movimentação das partículas diferentemente aquecidas no interior do meio, não podendo ocorrer nos sólidos. Sua causa é a mudança de densidade dos fluidos com a temperatura.  

Quando um fluido é aquecido por sua parte inferior, nesta região o mesmo se torna mais quente, menos denso, e o fluido sobe; a região superior do fluido, relativamente mais fria e mais densa, desce. Formam- se então as denominadas correntes de convecção (uma ascendente quente e outra descendente fria), que podem ser visualizadas ao se colocar um pó fino, como serragem, no interior do líquido.

A convecção apresenta uma série de aplicações e situações práticas: 

- o congelador, que é colocado no alto dos refrigeradores, pois o ar resfriado pelos mesmos desça e resfrie também a geladeira. Esse também é o motivo pelo qual devemos, se possível, instalar os aparelhos de ar condicionado na parte de cima dos cômodos; 

- a eliminação de gases pelas chaminés: gases, estando aquecidos, tendem a subir devido à baixa densidade. 

- a formação de brisas na praia. Decorrer do dia, o ar próximo à areia da praia se aquece  rapidamente mais que o ar próximo à superfície do mar, isto porque o calor da areia é menor que o calor específico da água. Desta forma, o ar aquecido do continente sobe e o ar mais frio do mar desloca-se para o continente, formando a brisa marítima. À noite, o ar sobre o oceano fica aquecido mais tempo do que o ar sobre o continente, e o processo se inverte. Ocorre então a brisa terrestre.

3. Radiação ou Irradiação 

Corpos de quaisquer temperaturas possuem a propriedade de emitir ondas eletromagnéticas ou radiação. Isso é se chama-se de irradiação térmica. As características dessa radiação dependem da temperatura que o corpo se encontra, verificando-se que quanto maior a temperatura maior a frequência e maior a intensidade de energia irradiada. 

As ondas eletromagnéticas podem se apresentar na forma de: luz visível, raios X, raios ultravioleta, raios infravermelhos etc. Dessas, as que apresentam efeitos térmicos mais acentuados para o corpo humano são os raios infravermelhos.  

Essa forma de transferência de calor difere das demais, pois as ondas eletromagnéticas conseguem se propagar no vácuo, não precisa de um meio material, o que não acontece na condução e na convecção. Logo, essa é a forma de transmissão de calor do Sol até a terra. 

Nos vídeo abaixo temos uma explicação sobre PROPAGAÇÃO DE CALOR e uma situação importante sobre tema:

Atividade 4 

Após ver vídeos acima faça a seguinte atividade responda as perguntas abaixo  copiando elas para seu caderno e depois mostre ao professor:

1. Usando as informações dos  vídeos diga se existe possibilidade de problemas de saúde para pessoas vivem próximas as torres de transmissão de sinal de celular? 

2. Quais ações você colocaria em prática para evitar problemas para pessoas que já moram próximas de torres de transmissão ?

Exercício de Aplicação

(ENEM) O resultado da conversão direta de energia solar é uma das várias formas de energia alternativa de que se dispõe. O aquecimento solar é obtido por uma placa escura coberta por vidro, pela qual passa um tubo contendo água.  A água circula, conforme mostra o esquema abaixo.

Fonte: Adaptado de PALZ, Wolfgang, “Energia solar e fontes alternativas”. Hemus, 1981.

                              

São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar:

I. o reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor.

II. a cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa.

III. a placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficiência.

Dentre as afirmações acima, pode-se dizer que, apenas está(ão) correta(s):

Após dar sua resposta justifique porque uma ou mais alternativas estão erradas ( o que está errado na afirmação feita).

1ª Lei da Termodinâmica

Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica o princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.

Analisando o princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica:

Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Qde calor, esta poderá realizar um trabalho  e aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:

Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).

Conhecendo esta lei, podemos observar seu comportamento para cada uma das grandezas apresentadas:

Calor	Trabalho	Energia Interna	Q//ΔU
Recebe	Realiza	Aumenta	>0
Cede	Recebe	Diminui	<0
não troca	não realiza e nem recebe	não varia	=0

Após leitura da teoria, assista o vídeo abaixo e depois responda as a "atividade 5".

Após leitura da teoria, assista o vídeo abaixo e depois responda as a "atividade 5".

Atividade 5 

Diga se é possível e como reverter processo sofrido pela garrafa (ficar amassada) sem abrir a garrafa?

EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO

1) (UFLA-MG) As afirmativas abaixo referem-se ao 1º princípio da Termodinâmica. Assinale a seguir a alternativa correta.

I. Em uma transformação isotérmica o calor trocado entre o sistema e o meio corresponde ao trabalho mecânico envolvido.
II. Em uma transformação isovolumétrica, o calor envolvido corresponde à variação da energia interna.
III. Em uma transformação adiabática, o trabalho mecânico envolvido corresponde à variação da energia interna com sinal trocado.

a) Nenhuma das afirmativas é correta
b) Somente as afirmativas I e II são corretas
c) Somente as afirmativas I e III são corretas
d) Somente as afirmativas II e III são corretas
e) As afirmativas I, II e III são corretas

2) Um gás ideal sofre uma compressão isobárica sob a pressão de 4·103 N/m2 e o seu volume diminui 0,2 m3.

 Durante o processo, o gás perde 1,8·103 J de calor. A variação da energia interna do gás foi de:

a) 1,8·103 J   b) 1,0·103 J  c) -8,0·103 J  d) -1,0·103 J  e) -1,8·103 J

Bons Estudos !!!!