Meios De Propagação De Calor

1. Objetivo:

• Identificar, comparar e classificar as formas de propagação de calor;

• Reconhecer que o calor para se propagar, necessita de uma diferença de temperatura entre as regiões de escoamento;

• Mencionar que o fluxo térmico sempre se verifica no sentido das temperaturas decrescentes.

2. Introdução teórica:

Nestes experimentos serão estudadas e analisadas as diversas situações de transmissão de calor.

Para que ocorra troca de calor, é necessário que ele seja transferido de uma região a outra através do próprio corpo, ou de um corpo para outro. Existem três processos de transferência de calor estudados na termologia, são eles: condução, convecção e irradiação. A irradiação é a propagação de ondas eletromagnéticas que não precisam de meio para se propagar, enquanto que a condução e a convecção são processos de transferência que necessitam de um meio material para se propagar.

3. Recursos físicos para o experimento, materiais e método utilizados:

3.1. Recursos físicos

• Aula prática no laboratório de Física;

3.2. Material utilizado:

• 01 base principal;

• 05 corpos de prova esféricos de aço;

• 01 lâmina suporte em aço inoxidável;

• 01 biombo protetor e canalizador, com suporte de termômetro e janelas de entrada;

• 01 lamparina;

• 01 vela;

• 01 caixa de fósforos.

4. Primeiro experimento:

• Condução

Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este. Esse processo de condução de calor é denominado condução. No caso dos metais, além da transmissão de energia de átomo para átomo, há a transmissão de energia pelos elétrons livres, ou seja, são os elétrons que estão mais afastados do núcleo e que são mais fracamente ligados aos núcleos, portanto, esses elétrons, colidindo entre si e com átomos, transferem energia com bastante facilidade. Por esse motivo, o metal conduz calor de modo mais eficiente do que outros materiais.

• Montagem:

Com materiais em mãos e conceitos básicos em mente, iniciamos a montagem dos equipamentos. Prendemos os corpos de provas esféricos de aço com cera de vela nas marcas existentes na lâmina, utilizando o mínimo possível de parafina.

Após a secagem e confirmação de fixação dos corpos de prova, ajustamos a lâmina com os corpos de provas virados, a 20 mm acima do pavio da lamparina, sendo que esta estava isolada pelo biombo protetor para evitar que não houvesse interferência de corrente de ar no resultado do experimento, conforme a figura abaixo:

Figura 1.

4.1. Andamento das atividades:

Acendemos a lamparina e aquecemos a extremidade livre da lâmina.

• Descrição das observações:

Os corpos de provas esféricos de aço, presos a lâmina em aço inoxidável com parafina de vela, foram caindo em ordem, a partir da extremidade onde estava a chama da lamparina, enquanto o calor percorria a barra e derretia a parafina.

4.2. Justifique o fato de a energia térmica penetrar na extremidade da lâmina com as esferas a se desprenderem, sucessivamente, nos pontos 1, 2, 3, 4 e 5.

Essa reação de as esferas se desprenderem sucessivamente ocorre pelo processo de aquecimento da chapa metálica, pois quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este com o aquecimento os átomos e moléculas vibram com maior intensidade com a energia cinética o calor é transferido gradualmente de átomo a átomo, assim as esferas são soltas gradualmente.

4.3. Qual a função da cera e das esferas utilizadas no experimento?

Neste processo a cera e esferas são utilizadas com um medidor de temperatura no ponto especifico, para sabermos a velocidade e o local onde o calor está sendo conduzido na chapa metálica.

4.4. Pode a esfera 02 cair antes da esfera 01? Justifique sua resposta.

É quase impossível a segunda esfera ser solta antes da primeira, a não ser que haja alguma falha na sua fixação.

4.5. Como é denominada esta maneira do calor se propagar e qual a sua principal característica?

Esse processo de condução de calor é denominado condução.

Sua principal característica é a propagação do calor de molécula a molécula, sem deslocamento de matéria.

5. Conclusão

Notamos que o fogo da lamparina, ao aquecer a lâmina, fez com que as esferas caíssem uma a uma em numa sequência que partia da ponta da haste aquecida pelo fogo. Dessas observações, concluímos que isso ocorre pelo fato das partículas se agitarem transmitindo energia de uma para outra em sequência e sem pular um átomo sequer.

6. Segundo experimento:

• Convecção

Processo de transmissão de calor, que consiste em movimentos de massas fluidas trocando de posição. Assim, podemos afirmar que a convecção somente ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores), não podendo ocorrer nos sólidos e no vácuo. Pode ser natural, quando é ocasionada por diferença de densidade devido a diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada quando é ocasionada por bombas ou ventiladores

7. Recursos físicos para o experimento, materiais e método