Resumo de Física: Transmissão de Calor
Enquanto a Calorimetria estuda quantitativamente a troca de calor entre corpos de diferentes temperaturas, a Transmissão de Calor estuda o fluxo de energia através dos corpos em função do tempo. Existem 3 maneiras de estudar essas transmissões.
1. Transmissão por Condução
Ao se aquecer, por exemplo, a extremidade A de uma barra metálica enquanto a outra extremidade, B, é mantida a uma temperatura menor, existe uma transmissão desse calor da extremidade A (de maior temperatura) em direção à extremidade B (de menor temperatura). Esse fluxo de energia que ocorre em um meio material é denominado condução.
A equação que estuda tal fenômeno é:
Ao se aquecer, por exemplo, a extremidade A de uma barra metálica enquanto a outra extremidade, B, é mantida a uma temperatura menor, existe uma transmissão desse calor da extremidade A (de maior temperatura) em direção à extremidade B (de menor temperatura). Esse fluxo de energia que ocorre em um meio material é denominado condução.
A equação que estuda tal fenômeno é:
Existem bons condutores de fluxo de calor, como os metais; há também maus condutores, ou isolantes, que dificultam esse fluxo. Em termos dos estados físicos, de maneira geral os sólidos são melhores condutores que os líquidos que, por sua vez, são melhores condutores que os materiais gasosos.
2. Transmissão por Convecção
No caso dos meios materiais fluídos (líquidos e gases), existe a transmissão de calor por convecção:
O aquecimento (ou resfriamento) de qualquer parte do fluído causa uma diminuição (ou aumento) localizada da sua densidade. Devido à mobilidade das moléculas nesses meios, esta variação de densidade faz com que ela se movimente dentro do sistema. No caso de ser aquecida a molécula fica “mais leve” e sobe; o inverso ocorre no caso de ser resfriada. Se uma parte do fluído sobe, outra parte terá de descer, provocando correntes que o “misturam” o fluído, aumentando a transferência e a distribuição da temperatura. Estas correntes são chamadas de correntes de convecção.
Observações:
a. No caso da água no estado líquido, se acionarmos uma chama de maçarico sobre a sua superfície, não haverá correntes de convecção, pois a tendência é que da água aquecida é buscar a superfície, permanecendo portanto onde já está.
b. A razão para que os aparelhos de ar condicionado sejam instalados na parte superior do cômodo são as correntes de convecção. O resfriamento da camada superior de ar provoca a sua descida provocando as correntes de convecção.
3. Transmissão por irradiação
Enquanto os 2 modos de transmissão anteriores necessitam de matéria, a transmissão de calor por irradiação pode se propagar no vácuo, ou seja, na ausência de matéria. A transmissão por irradiação transporta a energia térmica por ondas eletromagnéticas, principalmente na região do infravermelho. Ondas eletromagnéticas infravermelhas são ondas de luz que não são visíveis a olho nu.
Todos os corpos com temperatura de zero absoluto (0 K) não irradiam calor. Todos os outros corpos irradiam. Por exemplo, o calor do Sol é irradiado pelo espaço (vácuo – sem matéria) e chega a Terra sendo uma das mais importantes fontes de calor.
Quando um corpo é atingido por uma irradiação de calor, 3 fenômenos ocorrem: uma parte absorvida, uma parte é refletida e uma outra parte é transmitida através do corpo.
O calor irradiado refletido depende principalmente da cor do corpo que o recebe. O calor recebido (não refletido) será tanto maior quando a cor do corpo se aproximar da cor preta e será tanto menor quando o corpo se aproxima do espelho ideal.
4. Estufa
Uma técnica de utilização de vários modos de transmissão de calor aplicada na agricultura é a da estufa. Basicamente trata-se de um edifício bastante envidraçado e fechado para o cultivo de, por exemplo, flores.
Do ponto de vista da transmissão de calor, funciona para aumentar a temperatura no interior da estufa.
O calor dos raios de Sol atravessa as paredes e o teto envidraçados e aquece todo o interior do ambiente de cultivo. Esse aquecimento é mantido no interior pelo fechamento do recinto, que não deixa a energia térmica escapar. Correntes de convecção são responsáveis pela melhor distribuição da temperatura.
Nota: um fenômeno que atualmente ocorre na Terra é o efeito estufa, alvo de intensos estudos, mas ainda sem conclusões definitivas. A emissão constante de gases poluentes, como o dióxido e o monóxido de carbono, o metano, entre outros, forma uma camada a grandes altitudes; esta camada impede a perda de calor para o espaço exterior, provocando, teoricamente, um aquecimento do planeta como um todo. Esse aquecimento provocaria sérios problemas, como o derretimento das calotas polares, aquecimento dos oceanos, dando origem a mudanças climáticas importantes em todo o planeta.
2. Transmissão por Convecção
No caso dos meios materiais fluídos (líquidos e gases), existe a transmissão de calor por convecção:
O aquecimento (ou resfriamento) de qualquer parte do fluído causa uma diminuição (ou aumento) localizada da sua densidade. Devido à mobilidade das moléculas nesses meios, esta variação de densidade faz com que ela se movimente dentro do sistema. No caso de ser aquecida a molécula fica “mais leve” e sobe; o inverso ocorre no caso de ser resfriada. Se uma parte do fluído sobe, outra parte terá de descer, provocando correntes que o “misturam” o fluído, aumentando a transferência e a distribuição da temperatura. Estas correntes são chamadas de correntes de convecção.
Observações:
a. No caso da água no estado líquido, se acionarmos uma chama de maçarico sobre a sua superfície, não haverá correntes de convecção, pois a tendência é que da água aquecida é buscar a superfície, permanecendo portanto onde já está.
b. A razão para que os aparelhos de ar condicionado sejam instalados na parte superior do cômodo são as correntes de convecção. O resfriamento da camada superior de ar provoca a sua descida provocando as correntes de convecção.
3. Transmissão por irradiação
Enquanto os 2 modos de transmissão anteriores necessitam de matéria, a transmissão de calor por irradiação pode se propagar no vácuo, ou seja, na ausência de matéria. A transmissão por irradiação transporta a energia térmica por ondas eletromagnéticas, principalmente na região do infravermelho. Ondas eletromagnéticas infravermelhas são ondas de luz que não são visíveis a olho nu.
Todos os corpos com temperatura de zero absoluto (0 K) não irradiam calor. Todos os outros corpos irradiam. Por exemplo, o calor do Sol é irradiado pelo espaço (vácuo – sem matéria) e chega a Terra sendo uma das mais importantes fontes de calor.
Quando um corpo é atingido por uma irradiação de calor, 3 fenômenos ocorrem: uma parte absorvida, uma parte é refletida e uma outra parte é transmitida através do corpo.
O calor irradiado refletido depende principalmente da cor do corpo que o recebe. O calor recebido (não refletido) será tanto maior quando a cor do corpo se aproximar da cor preta e será tanto menor quando o corpo se aproxima do espelho ideal.
4. Estufa
Uma técnica de utilização de vários modos de transmissão de calor aplicada na agricultura é a da estufa. Basicamente trata-se de um edifício bastante envidraçado e fechado para o cultivo de, por exemplo, flores.
Do ponto de vista da transmissão de calor, funciona para aumentar a temperatura no interior da estufa.
O calor dos raios de Sol atravessa as paredes e o teto envidraçados e aquece todo o interior do ambiente de cultivo. Esse aquecimento é mantido no interior pelo fechamento do recinto, que não deixa a energia térmica escapar. Correntes de convecção são responsáveis pela melhor distribuição da temperatura.
Nota: um fenômeno que atualmente ocorre na Terra é o efeito estufa, alvo de intensos estudos, mas ainda sem conclusões definitivas. A emissão constante de gases poluentes, como o dióxido e o monóxido de carbono, o metano, entre outros, forma uma camada a grandes altitudes; esta camada impede a perda de calor para o espaço exterior, provocando, teoricamente, um aquecimento do planeta como um todo. Esse aquecimento provocaria sérios problemas, como o derretimento das calotas polares, aquecimento dos oceanos, dando origem a mudanças climáticas importantes em todo o planeta.
| Exercícios |
1. (Enem-MEC) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar.
No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar). 
À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia.
Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira: a) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar. b) O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia. c) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente. d) O ar que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental. e) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar. |
| 2. (Olimpíada Paulista de Física) “Qual é o papel que nossa atmosfera representa? Em primeiro lugar, o oxigênio é indispensável à vida. Em segundo lugar, ela nos garante uma temperatura bastante estável, apesar das variações dia-noite e das estações do ano. Sem a atmosfera, a temperatura subiria a mais de 100 graus Celsius durante o dia, devido à incidência da radiação solar, e cairia pelo menos a 100 graus Celsius abaixo de zero durante a noite, como ocorre na superfície da Lua.” José Goldemberg. 5.0.5. Planeta Terra. São Paulo: Brasiliense, 1990. p. II. Com base no texto acima, é errado afirmar que: a) a atmosfera é muito importante para a vida na Terra. b) a atmosfera mantém a temperatura da Terra estável. c) a atmosfera da Terra é semelhante à atmosfera da Lua. d) na ausência da atmosfera, a temperatura diurna na Terra seria muito alta. e) a temperatura da Terra à noite cairia muito se não existisse a atmosfera. |
| 3. (Unemat-MT) “A ideia de que a atividade industrial poderia alterar radicalmente o clima da Terra remonta a 1896 e ao químico sueco Svante August Arrhenius, que mostrou, através de um cálculo simples, que o acúmulo de dióxido de carbono (C02), na atmosfera, aumentaria a temperatura da superfície em, aproximadamente, 5 graus centígrados.” MADDOX, John. O que falta descobrir. São Paulo: Campus, 1999. Com relação ao “efeito estufa”, podemos afirmar que: (01) O efeito estufa é totalmente prejudicial ao ser humano. (02) A atmosfera é transparente à energia radiante e opaca para as ondas de calor. (04) O CO2 é o único gás responsável pelo efeito estufa. (08) O gás carbônico, o vapor de água, o metano e os clorofluorcarbonos também contribuem para o efeito estufa. (16) A queima de combustíveis fósseis contribui para o aquecimento global. Dê, como resposta, a soma dos números que precedem as afirmações corretas. |
Respostas:
1. a.
2. c.
3. 02+08+16=26
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