A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

1 Aula 1 - Fundamentos de Ciências Térmicas CEFET_BA PROFº DIÓGENES GANGHIS.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "1 Aula 1 - Fundamentos de Ciências Térmicas CEFET_BA PROFº DIÓGENES GANGHIS."— Transcrição da apresentação:

1 1 Aula 1 - Fundamentos de Ciências Térmicas CEFET_BA PROFº DIÓGENES GANGHIS

2 2 Definições iniciais Energia (uma definição): Capacidade de realizar trabalho. Formas de energia: - Cinética (movim. macroscópico, térmica etc) - Potencial (elétrica, gravitacional, elástica etc) Matéria: Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Principais estados da matéria: Sólido, Líquido e gasoso. (http://www.materiaprima.pro.br/estados/Estados.htm)

3 3 Gás Forma indefinida; Arranjo totalmente desordenado; Volume indefinido; Partículas livres para se moverem. Principais Estados da Matéria Sólido Forma rígida; Arranjo compacto, ordenado; Volume definido; Movimento molecular restrito. Líquido Forma indefinida; Arranjo desordenado; Volume definido; Partículas movem-se umas entre as outras.

4 4 Grandeza física que indica o estado (grau de agitação) das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. Temperatura: Noção intuitiva T1T1 T2T2 T 1 > T 2 TT contato T 1 > T eq > T 2

5 5 Calor e sua propagação Calor (uma definição): Calor é a energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura entre os corpos. Há transferência líquida de calor, espontaneamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio.

6 6 Unidades de medida de calor caloria – cal Joule – J British thermal unit – Btu A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5°C para 15,5°C uma quantidade de 1g de água. O Btu é a quantidade de calor pra elevar 1 lb de água de 63°F para 64°F. Joule - unidade adotada pelo SI para energia.

7 7 Convenção para a Troca de calor calor recebido calor retirado Q > 0 Q < 0

8 8 Troca de Calor Corpos em desequilíbrio térmico trocam calor para alcançar o equilíbrio n QQQQ Em um sistema isolado, a quantidade total de calor trocado entre os corpos é nula, ou seja, o calor total recebido pelos corpos mais frios é igual ao calor total retirado dos corpos mais quentes.

9 9 Termodinâmica: Estuda as interações (trocas de energia) entre um sistema e suas vizinhanças. Transferência de calor: Indica como ocorre e qual a velocidade com que o calor é transportado.

10 10 O que ocorre com a temperatura de um corpo quando se transfere calor a ele?? A temperatura pode aumentar ou não.

11 11 Calor sensível Quando o calor é utilizado pela substância apenas para variar sua temperatura, sem alterar seu estado físico. Ex.: aquecimento da água numa panela antes da fervura. Q = C T = m c T Q = quantidade de calor trocado [J, cal, kcal, BTU etc]; C = capacidade calorífica do corpo [J/ºC]; m = massa do corpo [g, kg]; c = calor específico da substância [J/(kg ºC)]; T = variação da temperatura (T final - T inicial ) [K, ºC].

12 12 H2OH2O Barra de ferro Calores específicos (a 25ºC e 1 atm) [J/(kg ºC]: H 2 O = 4200; Gelo (0ºC) =2040 Etanol = 2400;Alumínio = 900; Cobre = 390;Latão = 380; Ferro = 450;Vidro = 840. Calor específico e capacidade calorífica

13 13 Valores de c (25ºC e 1 atm)

14 14 Calor específico para gases Calor sensível a pressão constante: H = Q p = m c p (T final – T inicial ) -c p é o calor específico do material a pressão constante; -H variação de entalpia do corpo (J, kcal etc.). Calor sensível a volume constante: U = Q v = m c v (T final – T inicial ) -c v é o calor específico do material a volume constante; -U variação de energia interna do corpo (J, kcal etc.).

15 15 Calor Latente Quando o calor trocado é utilizado pela substância para mudar de estado físico, sem variação de temperatura e sob pressão constante, ele é chamado de calor latente. Ex.: fornecimento de calor à água fervente. VAPORIZAÇÃO

16 16 O calor latente de mudança de estado pode ser: endotérmico (Q > 0): As transformações de fusão, vaporização e sublimação são endotérmicas pois a matéria precisa absorver calor. exotérmico (Q < 0): As transformações de liquefação, solidificação e sublimação inversa são exotérmicas, pois a matéria precisa liberar calor. Mudança de fase

17 17 Q = m L - Q (J) quantidade de calor trocado; - L (J/kg) calor latente da transformação física; - m (kg) a massa que mudou de estado físico. Como a pressão é constante: Q = H L = h - H variação de entalpia da transformação física (J); - h entalpia específica da transformação física (J/kg). Cálculo da troca de calor latente

18 18 Qual a velocidade de uma Troca de Calor? Velocidade Fluxo de calor No SI, o fluxo de calor é dado em J/s ou Watt. A T 1 > T 2 Q

19 19 Grandeza física que indica a direção e permite o cálculo da intensidade do fluxo de calor trocado entre dois corpos. Temperatura (uma definição):

20 20 Processos de Transferência de Calor Condução Convecção Radiação térmica Condução ConvecçãoRadiação térmica

21 21 Condução Fonte: Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas por contato direto. Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar. Característico de meios estacionários.

22 22 Condução de Calor

23 23 Condução A transmissão de calor ocorre, partícula a partícula, somente através da agitação molecular e dos choques entre as moléculas do meio. Calor Condução de calor ao longo de uma barra. Condução de calor ao longo de gás confinado. T 1 > T 2

24 24 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 W/(m ºC) k (ar a 300K) = 2,6 x W/(m ºC)

25 25 Condutividade Térmica de diversas substâncias

26 26 Condução - Aplicações e conseqüências Conforto térmico corporal; Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes). Por que os iglus são feitos de gelo? k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC) c p (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC)

27 27 Convecção Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes deste meio; Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas; É o transporte de calor típico dos meios fluidos. Fonte:

28 28 Na convecção natural, ou livre, o escoamento do fluido é induzido por forças de empuxo, que vem de diferenças de densidade causadas por variação de temperatura do fluido. Convecção natural e forçada Transporte natural de fluidos Convecção natural

29 29 Na convecção forçada o fluido é forçado a circular sobre a superfície por meios externos, como uma bomba, um ventilador, ventos atmosféricos. Convecção natural e forçada Convecção forçada Transporte forçado de fluidos

30 30 Fluxo de Calor na Convecção Lei de Newton do Resfriamento: - h é o coeficiente de transferência convectiva de calor ou coeficiente de película [W/(m 2 ºC)] Área A

31 31 Coeficiente de transferência de calor por convecção - h Processo h [W/(m 2 K)] Convecção natural Gases Líquidos 2– 25 50– Convecção forçada Gases Líquidos 25– – Convecção com mudança de fase Ebulição ou condensação 2.500– Fonte: Incropera

32 32 Convecção - Aplicações e conseqüências Conforto ambiental; Refrigeração de circuitos elétricos.

33 33 Irradiação ou radiação térmica - Toda a matéria que se encontra a uma temperatura acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica. - Não necessita de meio material para ocorrer, pois a energia é transportada por meio de ondas eletromagnéticas. - É mais eficiente quando ocorre no vácuo.

34 34 Radiação Térmica ou Irradiação

35 35 Ondas eletromagnéticas

36 36 Transmissão de calor por Radiação

37 37 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). Modelos adotados na radiação térmica

38 38 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).

39 39 Fluxo de calor na Radiação Lei de Stefan-Boltzmann: E – Poder emissivo [W/m 2 ]; – emissividade (0 1); σ – Constante de Stefan-Boltzmann [5,7 x W/(m 2 K 4 )]; T – Temperatura absoluta do corpo (K).

40 40 Fluxo de calor transferido por radiação Para a troca de calor por radiação entre duas superfícies, uma dentro da outra, separadas por um gás que não interfere na transferência por radiação: T superfície – Temperatura absoluta da superfície menor, suposta mais quente; T vizinhança – Temperatura absoluta da superfície maior, suposta mais fria.

41 41 Radiação Térmica - Aplicações Fonte alternativa de energia; Previsões meteorológicas baseiam-se nas emissões de infra-vermelho provenientes da terra.

42 42 Processos de Transferência de Calor Trocador de Calor Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações.

43 43 Resistência térmica Condução Convecção

44 44 Mecanismos Combinados de transferência de calor

45 45 Mecanismos Combinados de transferência de calor


Carregar ppt "1 Aula 1 - Fundamentos de Ciências Térmicas CEFET_BA PROFº DIÓGENES GANGHIS."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google