O que é e como ocorre a transferência de calor?

Aluno: Endrew H. S. Carvalho – LISTA FT2

1. O que é e como ocorre a transferência de calor?

A transferência de calor é a transição de energia térmica de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles, até o momento em que ocorre o equilíbrio, isto é, ambos corpos estão com a mesma temperatura. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: condução, convecção e radiação.

2.Defina detalhadamente os fenômenos de transferência de calor condução, convecção e radiação. Dê dois exemplos reais em que ocorrem cada um destes fenômenos.

Condução: Tipo de propagação de calor que consiste na transferência de energia térmica entre os átomos que compõe o sistema. Esse tipo de transferência ocorre quando se coloca uma das extremidades de uma barra metálica na chama de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando distante da fonte de calor. Isso ocorre porque os átomos que formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade propagando-se por toda a barra até alcançar a outra extremidade.

Convecção: É o tipo de propagação do calor que ocorre nos fluidos em geral em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Quanto maior a temperatura, maior o grau de agitação dos átomos, então os fluídos tendem expandir (menos densidade) e quanto menor a temperatura, o fluído se contraí (maior densidade). Por exemplo, na geladeira os alimentos são resfriados dessa forma. Como sabemos, o ar quente é menos denso que o ar frio e é por esse motivo que o congelador fica na parte de cima da geladeira. Dessa maneira, formam-se as correntes de convecção, o ar quente dos alimentos sobe para ser resfriado e o ar frio desce refrigerando-os. Essa também é a explicação do porquê o ar condicionador ser colocado na parte de cima de um ambiente.

Radiação: Forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor. Todos os corpos emitem radiações térmicas que são proporcionais à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia. Um exemplo desse processo é o que acontece com a Terra, que, mesmo sem estar em contato com o Sol, é aquecida por ele. Outro exemplo são as usinar termonucleares, onde a radiação emitida por isótopos radiativos promove o aquecimento da água.

3.Como pode ser definida a emissividade? Explique detalhadamente e ilustre.

A Emissividade de um material é a propriedade representada pela letra e ou ε e pode ser definida pela capacidade de emissão de energia por radiação da sua superfície. Possuem a capacidade de emitir energia eletromagnética todos os corpos a temperatura superior a zero Kelvin. Essa taxa de emissão é calculada através da razão entre a energia irradiada por um determinado material e a energia irradiada por um corpo negro para um mesmo comprimento de onda (ε=1). Qualquer objeto que não seja um verdadeiro corpo negro tem emissividade menor que 1 e superior a zero. Quanto maior o valor de ε, mais próxima a emissividade do material é da do corpo negro, ou seja, maior a sua capacidade de emissão de energia.

A Emissividade pode ser um valor de 0 (refletida por um espelho) até 1.0 (corpo negro teórico).

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4.Como se dá a analogia entre a determinação matemática de resistência térmica e resistência elétrica? Explique detalhadamente as situações de resistência em parede simples e em paredes compostas em série e em paralelo e ilustre.

Existe uma analogia elétrica perfeita entre fenômenos elétricos e térmicos de condução de calor, fazendo a seguinte correspondência:

I (corrente elétrica) →  (Fluxo de calor)[pic 11]

U (Diferençã de potencial elétrico) → ΔT (Diferença de temperatura)

R ÔHMICO (Resistência elétrica) → RTÉRMICO (Resistência térmica)

Em parede simples:

Esquema de fluxo de calor em parede simples                Circuito elétrico equivalente

                               [pic 12]                                        [pic 13]

Equação: [pic 14]

Em parede composta:

Esquema de fluxo de calor em parede composta                 Circuito elétrico equivalente                       [pic 15]                         [pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]