CALORTransferência de energia

Em elaboração Prof. Patricia2009

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

..cmQ

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.

ba

CcalQC

Cgcal

águac 1

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 oVento

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 metaisisolantes térmicos

Alto coeficiente de condutibilidade térmica

Baixo coeficiente de condutibilidade térmica

Classificados pelo valor do coeficiente de condutibilidade térmica - “k”

d

Condução - Determinação da quantidade de calor transferida

S

TA > TB

Q Q prop

Δt (tempo)S (área)ΔT = (TB – TA) < 01/d ( d = espessura)

K = Coef.Condutibilidade Térmica do material

dTtSKQ

...

Convecção forçada:

ConvecçãoTransferência de calor por meio de movimentação

de moléculas líquidas ou gasosas, que alternam suas posições no meio devido à diferença de

densidade. .

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

http://www2.cptec.inpe.br/satelite/metsat/pesquisa/radsat/radiacao.htm

Radiação solar que atinge a atmosfera terrestre:1.400 W/cm2 = 2 [cal/min]/cm2

(fluxo solar)

Insolação solar: Energia solar, por unidade de área, incidente numa superfície.Media em W.h/m2

Transferência de calor - Radiação

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

O espectro da radiação eletromagnética

c = .fVelocidade da onda

eletromagnética

No ar ou vácuo

c = 300.000 km/s

Comprimento da onda

freqüência

Lei de Wein:o comprimento de ondacorrespondente aomáximo de radiaçãoemitido por um corpodepende da suatemperatura:λmax=2897μmK/T docorpo

http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/radia_solar.htm

• 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.

O Fluxo de Energia Incidente naSuperfície Terrestre

• 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 naSuperfície 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.

O Fluxo de Energia Incidente naSuperfície Terrestre

Radiaçãosolar incidente100%

4% 20% 6%

Absorvida na superfície51%

Topo da Atmosfera

19%Absorvido pelaAtmosfera eNuvens

Atmosfera

NuvensSuperfícieterrestre

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.

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 .

1. Ilustração

5. No interior da geladeira formam-se correntes de convecção

6. Banho e água da cozinha aquecida pela serpentina do fogão à lenha;

A velocidade de evaporação depende da área da superfície exposta ao ar

Líquido e vapor coexistem num recinto fechado

Em uma panela comum a temperatura não ultrapassa 100°C

A evaporação provoca resfriamento

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)