CALOR Transferência de energia Em elaboração Prof. Patricia 2009

TRABALHO - ENERGIA Interessa-nos: um sistema que produza calor ou trabalho Produz deslocamento de uma massa sob ação de uma força

CALOR Calor é a energia transferida de um corpo a outro, em virtude, unicamente, de uma diferença de temperatura Q = m . c . ΔT Unidade: 1cal=4,18J = quantidade de calor necessário para elevar de 1ºC a temperatura de 1g de água Calor = Energia em transito Maior a temperatura de um corpo – maior a sua energia interna

Quantidade de calor trocada m = massa do corpo (grama) c = calor específico (cal/g. °C) dT = diferença de temperatura (ºC) Equação fundamental da calorimetria Calor trocado que ocorre devido a variação de temperatura Instrumento de medida: calorímetro

Calorímetro

Lista 3

Troca de calor Ocorre até ocorrer o equilíbrio térmico Capacidade térmica: Calor específico © de uma substância é numericamente, a quantidade de calor necessária a elevar (ou abaixar) 1ºC a temperatura de uma massa unitária de substância.

FUE Quantidade de calor (Lista 4)

Formas de Transferência de Calor Condução: transferência de calor, através da agitação, de molécula para molécula, ao longo de um sólido. Convecção: a transferência de calor pela movimentação de massa de fluidos (ar e água) como por exemplo: – Térmicas que representam trocas de calor verticais – Advecção que representam movimentos horizontais como o Vento Radiação: a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas como por exemplo a energia que vem do sol.

Transferência de calor - Condução Condução Processo pelo qual o calor é transferido de um ponto a outro em um sólido. A B Os metais condutores térmicos Os não metais isolantes térmicos Classificados pelo valor do coeficiente de condutibilidade térmica - “k” Alto coeficiente de condutibilidade térmica Baixo coeficiente de condutibilidade térmica

Condução - Determinação da quantidade de calor transferida Δt (tempo) S (área) ΔT = (TB – TA) < 0 1/d ( d = espessura) Q prop Q d S K = Coef.Condutibilidade Térmica do material TA > TB

Convecção Convecção forçada: Transferência de calor por meio de movimentação de moléculas líquidas ou gasosas, que alternam suas posições no meio devido à diferença de densidade. . Convecção forçada:

Radiação Transferência de calor através do vácuo. Processo de propagação da energia radiante. Energia transportada por ondas eletromagnéticas. Motivo que a radiação solar chega à Terra.

Radiação Solar Insolação solar: Energia solar, por unidade de área, incidente numa superfície. Media em W.h/m2 Radiação solar que atinge a atmosfera terrestre: 1.400 W/cm2 = 2 [cal/min]/cm2 (fluxo solar) http://www2.cptec.inpe.br/satelite/metsat/pesquisa/radsat/radiacao.htm

Transferência de calor - Radiação Todos os corpos aquecidos emitem radiações térmicas que ao serem absorvidas por um outro corpo, provocam elevação de temperatura.

Velocidade da onda eletromagnética O espectro da radiação eletromagnética Lei de Wein: o comprimento de onda correspondente ao máximo de radiação emitido por um corpo depende da sua temperatura: λmax=2897μmK/T docorpo Comprimento da onda No ar ou vácuo c = 300.000 km/s c = .f Velocidade da onda eletromagnética freqüência

O Fluxo de Energia Incidente na Superfície Terrestre Nem toda energia que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície. Na verdade 31% é refletida para o espaço sem ser aproveitada. As nuvens contribuem refletindo 23% da energia incidente. Essa energia refletida representa o albedo planetário. O restante da energia incidente é absorvida pela atmosfera em sua maior parte pela superfície da terra. http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/radia_solar.htm

O Fluxo de Energia Incidente na Superfície Terrestre Da mesma forma que refletem grande quantidade de energia vinda do sol, as nuvens absorvem enormes porções da energia refletida pela superfície. Por isso as nuvens são muito importantes, pois funcionam como barreira para a insolação emitida pela terra impedindo que o planeta esfrie demasiadamente. Ou seja as nuvens funcionam como controladoras da temperatura da superfície do planeta e qualquer processo que altere a quantidade média das nuvens afetará a nossa vida. Outro elemento importante é o gás carbônico que juntamente com as nuvens controla a temperatura da terra. Ele absorve a energia emitida pela superfície e juntamente com o vapor d’água é um dos principais constituintes do chamado efeito estufa, fenômeno natural sem o qual a vida do planeta não existiria como conhecemos.

O Fluxo de Energia Incidente na Superfície Terrestre Radiação solar incidente 100% 4% 20% 6% Topo da Atmosfera Atmosfera Nuvens 19% Absorvido pela Atmosfera e Nuvens Superfície terrestre Absorvida na superfície 51%

Temperaturas notáveis ºC Explosão do fio metálico por descarga elétrica 10.000 Atmosfera solar 5.700 Arco voltaico 4.800 Fusão do tungstêncio 3400 Filamento de uma lâmpada 2.500 Fusão do chumbo 327 Mistura frigorífica (NaCL+gelo) -21 Ebulição do hidrogênio 20K Ebulição rápida do Hélio 0,71K Zero absoluto -273ºC

Emissão espectral de corpos abaixo de 100oC. Efeito estufa Os gases estufa: gás carbonico, metano e CFC aprisionados na atmosfera que circunda a Terra fazem o papel do vidro no automóvel. Ondas eletromagnéticas na faixa dos raios infravermelhos A absorção dessa energia está relacionada com a cor e o polimento dos corpo que a recebe.

1. Ilustração 2.Uma pessoa sente frio quando perde calor rapidamente. O pingüim eriça suas penas para manter ar entre elas, evitando que haja transferência de calor de seu corp para o meio ambiente 3. Embora o metal e a madeira estejam à mesma temperatura, a peça metálica parece estar mais fria. 4. Em um líquido, o calor se transfere de um ponto ao outro devido à formação de correntes de convecção . 5. No interior da geladeira formam-se correntes de convecção 6. Banho e água da cozinha aquecida pela serpentina do fogão à lenha;

Líquido e vapor coexistem num recinto fechado A velocidade de evaporação depende da área da superfície exposta ao ar A evaporação provoca resfriamento Em uma panela comum a temperatura não ultrapassa 100°C

Nem toda a radiação solar é aproveitada, como em qualquer corpo Nem toda a radiação solar é aproveitada, como em qualquer corpo. Também no coletor solar pode haver perdas de três formas: radiação, convecção e condução. Insolação solar em São Paulo ~1000Wh/m2

Exercícios: Transferência de calor (Lista 5) Quantidade de calor (Lista 4)