1) Como é possível a transmissão de calor entre os corpos?
O calor pode ser transmitido na ausência ou na presença de um meio material. São três processos para transmissão de calor:
a) Convecção (com meio material);
b) Condução (com meio material);
c) Radiação (sem meio material).
2) O que é convecção?
Na convecção, a transmissão do
calor acontece pelo movimento de uma parcela de fluido que, quando aquecida,
sofre aumento da massa e passa a empurrar a porção mais densa e mais fria para
baixo. Esses deslocamentos são chamados correntes de convecção.
3) Exemplos de convecção:
a) Condicionador de ar: parte do ar resfriado na parte superior pelo aparelho se torna mais densa por consequência e empurra a porção de ar mais quente para cima.
b) Convecção no interior do líquido: considerando uma vasilha que contenha água à temperatura inicial de 4 oC. A água acima de 4 oC se expande, então ao colocarmos essa vasilha sobre uma chama, a parte de baixo da água se expandirá, tendo sua densidade diminuída e, assim, subirá. A parte mais fria e mais densa descerá, formando-se, então, as correntes de convecção.
4) O que é
condução?
Na condução, a energia térmica
é propagada de uma partícula para outra em um sólido, de forma que as mais
agitadas passam calor para as menos agitadas. Ocorre sempre que dois corpos de
diferentes temperaturas são colocados em contato.
5) Exemplos de
condução:
a) Ferro de passar: a resistência elétrica dentro do aparelho produz um calor que é transmitido de uma partícula para outra até que toda a área da chapa metálica se encontre em temperatura igual.
b) metais em geral: o 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.
6) O que é radiação?
Na radiação, a transmissão do calor acontece via ondas eletromagnéticas, podendo se propagar no vácuo, com a energia térmica sendo disseminada na forma de pacotes pequenos denominados quantum.
Podemos dizer que a radiação térmica é o processo mais importante, pois sem ela seria praticamente impossível haver vida na Terra.
O fator importante é que todos os corpos emitem radiação, ou seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do material de que é feito o corpo e de sua temperatura. Portanto, o processo de emissão de ondas eletromagnéticas é chamado de radiação.
7) Exemplos radiação
a) Aquecer-se nas proximidades de uma lareira: o calor que o fogo emite irradia o ambiente em volta.
b) Energia solar: energia que é emitida pelo sol, que passa por um meio imaterial (isto é, o vácuo) até chegar à Terra e aos outros planetas do sistema solar. É por irradiação que o calor liberado pelo Sol chega até a Terra.
8) Que tipos de meios material
ocorre cada processo de transmissão de calor?
Geralmente, nos líquidos e gases o calor se propaga por convecção e nos
sólidos por condução. Já a radiação ocorre no espaço sem necessidade de um meio
material.
9) Radiação ou Irradiação?
Enquanto a palavra radiação refere-se
à energia que é emitida na forma de ondas eletromagnéticas, a irradiação refere-se à exposição a
essa radiação. Por exemplo: a radiação solar irradia o planeta
Terra, provendo-lhe de energia em forma de calor e luz visível.
10) Garrafa térmica:
Dispositivo no qual são minimizados os três processos de transmissão de
calor. O vácuo entre as paredes duplas evita a condução. A boa vedação da
garrafa evita a convecção. O espelhamento interno e externo das paredes reduz
ao mínimo a irradiação.
11) Estufa:
Uma técnica de utilização de vários modos de transmissão de calor aplicada na agricultura é a da estufa. Basicamente trata-se de um edifício bastante envidraçado e fechado para o cultivo de, por exemplo, flores.
Do ponto de vista da transmissão de calor, funciona para aumentar a temperatura no interior da estufa.
O calor dos raios de Sol atravessa as paredes e o teto envidraçados e aquece todo o interior do ambiente de cultivo.
Esse aquecimento é mantido no interior pelo fechamento do recinto que não deixa a energia térmica escapar.
Correntes de convecção são responsáveis pela melhor distribuição da temperatura.
12) Efeito estufa:
Um fenômeno que atualmente ocorre na Terra é o efeito estufa, alvo de intensos estudos, mas ainda sem conclusões definitivas. A emissão constante de gases poluentes, como o dióxido e o monóxido de carbono, o metano, entre outros, forma uma camada a grandes altitudes; esta camada limita a transferência de calor da Terra para o espaço, provocando, teoricamente, um aquecimento do planeta como um todo.
Esse aquecimento provocaria sérios problemas, como o derretimento das calotas polares, aquecimento dos oceanos, dando origem a mudanças climáticas importantes em todo o planeta.
Atividades:
1) Quais são os processos de
propagação do calor?
2) Por que normalmente o
congelador fica na parte de cima da geladeira?
3) Num dia de Sol forte a
areia da praia pode queimar os pés dos banhistas. Por que isso ocorre?
4) Por que em dia de Sol
quente o corpo humano fica quente e bronzeado?
5) Julgue cada uma as afirmativas em verdadeira (V) ou falsa (F):
a) É correto afirmar que os
agasalhos nos aquecem. ( )
b) Existem certos tipos de material que permitem a passagem de calor, são chamados condutores térmicos; outros impedem ou dificultam a passagem do calor, são os isolantes térmicos. ( )
c) As prateleiras das geladeiras são grades abertas para facilitar a corrente de convecção. ( )
d) O calor do Sol chega até nós por meio da condutividade térmica. ( )
e) Em dias de verão as roupas claras são mais adequadas durante o dia pois absorvem menos a radiação. ( )
f) Os captadores de energia solar são pintados de preto pois absorvem maior quantidade possível de energia solar. ( )
g) As paredes das garrafas
térmicas são espelhadas para que evitem a transmissão de calor por condução
térmica. ( )
h) Ao colocarmos a mão próxima
à base de um ferro elétrico quente, sentimos a mão “queimar”. Isto acontece
pois a transmissão de calor entre o ferro e a mão ocorre principalmente por
irradiação térmica. ( )
i) Os esquimós fazem suas
casas, os iglus, com blocos de gelo, por que o gelo é um isolante térmico,
mantendo o ambiente interno mais quente que o externo. ( )
6) Indique em cada alternativa
o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos descritos:
a) Água sendo aquecida numa
panela.
b) O aquecimento de um trilho
de alumínio que utilizamos nas cortinas com uma de suas extremidades colocadas
diretamente no fogo.
c) O aquecimento de uma pessoa
que está próxima a uma fogueira.
7) A condução é o principal modo de transmissão de calor de
qual estado da matéria?
(A) A condução é o principal modo de
transmissão de calor dos gases.
(B) A
condução é o principal modo de transmissão de calor dos líquidos.
(C) A
condução é o principal modo de transmissão de calor dos sólidos.
8) Os cobertores térmicos são finas camadas de plástico revestidas por uma
película de papel alumínio. Trata-se de cobertores muito eficientes na retenção
de calor, além de serem leves e baratos. Esses cobertores funcionam graças à:
(A) convecção.
(B) reflexão.
(C) condução.
(D) radiação.
9) Um atiçador é uma barra rígida e não inflamável usada para empurrar lenha ardente em uma lareira. Para segurança e conforto durante o seu uso, o atiçador deve ser feito de um material com:
(A) alto calor específico e alta
condutividade térmica.
(B) baixo calor específico e
baixa condutividade térmica.
(C) baixo calor específico e
alta condutividade térmica.
(D) alto calor específico e
baixa condutividade térmica.
Pesquisa Google:
1) Por que os aquecedores são
colocados na parte inferior dos ambientes, e os aparelhos de ar condicionado na
parte superior?
2) Nos supermercados, os
balcões frigoríficos são abertos e mesmo assim os alimentos são mantidos em
temperaturas bem frias. Justifique.
3) Por que os cabos de panelas
normalmente são de madeira ou de material plástico?
(ENEM)
Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio, cada uma contendo 330 mℓ de
refrigerante, são mantidas em um refrigerador pelo mesmo longo período de
tempo. Ao retirá-las do refrigerador com as mãos desprotegidas, tem-se a
sensação de que a lata está mais fria que a garrafa.
É correto afirmar que:
(A) a lata está realmente mais fria, pois
a capacidade calorífica da garrafa é maior que a da lata.
(B) a lata está de fato menos fria que a
garrafa, pois o vidro possui condutividade menor que o alumínio.
(C) a garrafa e a lata estão à mesma
temperatura, possuem a mesma condutividade térmica, e a sensação deve-se à
diferença nos calores específicos.
(D) a garrafa e a lata estão à mesma
temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do
alumínio ser maior que a do vidro.
(E) a garrafa e a lata estão à mesma
temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do vidro
ser maior que a do alumínio.
Nada como tomar um suco bem
gelado para matar a sede em um dia de verão; e nada como um chocolate bem
quentinho para nos aquecer em um dia frio de inverno.
Mas como podemos manter o suco
gelado e o chocolate quente se estivermos, por exemplo, viajando ou na praia?
Você já passou por isso?
Como resolveu esse problema?
A família da foto mostrada na
figura 1 resolveu o problema usando uma caixa térmica.
Apesar que eu acho que nem a
bebida e nem a comida que estão na caixa vão manter a temperatura inicial com a
tampa aberta.
Vamos ver porque eu acho isso?
Vamos começar discutindo a
garrafa térmica, que foi a precursora da caixa térmica.
A garrafa térmica
A garrafa térmica foi
inventada inicialmente para resolver problemas ligados à pesquisa científica,
não tendo nenhuma relação com alimentos ou bebidas.
Foi em 1892 que James Dewar
inventou a garrafa térmica para manter em baixas temperaturas alguns gases
liquefeitos que ele precisava em suas pesquisas.
Somente em 1904 a garrafa
térmica começou a ser amplamente vendida como bem de consumo e utensílio para a
manutenção da temperatura.
As formas e os materiais
usados para a fabricação das garrafas térmicas mudaram ao longo do tempo, mas o
princípio de funcionamento continua o mesmo.
A ideia principal é que os
modos de troca de calor sejam minimizados o máximo possível, ou seja, impedir
que a convecção, a condução e a irradiação térmica aconteçam.
Considerando que tanto a
condução quanto a convecção se dão através da matéria, esses dois processos
podem ser minimizados através da introdução de um vácuo no sistema.
Dito e feito, as garrafas
térmicas possuem paredes duplas com vácuo entre elas. As caixas térmicas também
possuem paredes duplas com vácuo.
Já o processo de troca de
calor por irradiação é mais difícil de anular, visto que ele acontece inclusive
no vácuo – de outras forma não receberíamos o calor do sol!
As primeiras garrafas térmicas
possuíam paredes de vidro espelhadas para impedir a irradiação. O vidro é um
mau condutor de calor e o espelho reflete as ondas de calor, mantendo–as
aprisionadas no interior ou no exterior da garrafa.
A tampa impede as trocas de
calor por convecção com o ar do ambiente. Por isso quanto menos aberturas forem
feitas, maior será o tempo de conservação da temperatura.
É o mesmo princípio que
explica o esfriamento mais devagar dos alimentos quentes que são mantidos em
panelas ou em recipientes tampados.
Veja o esquema das primeiras
garrafas na figura 2:
Mas essas garrafas térmicas
antigas possuíam dois grandes problemas, as paredes de vidro podiam quebrar em
choques térmicos e quedas e, o metal das paredes espelhadas podia descascar
contaminando o líquido.
Hoje as paredes não são mais
feitas de vidro, mas de um plástico resistente e duro ou de metal.
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As garrafas de hoje conservam
a temperatura dos líquidos, quente ou frio, por muito mais tempo do que as
antigas, tudo graças ao desenvolvimento tecnológico que possibilitou a
utilização de materiais mais isolantes e também a produção de vácuos melhores.
Mesmo assim o sistema não é
100% isolado e o equilíbrio térmico com o meio ambiente acontecerá após algum
tempo.
Você entendeu por que eu disse
que a temperatura dos alimentos e bebidas da família da figura 1 não manterão
suas temperaturas iniciais durante muito tempo?
Porque a caixa térmica está
destampada e isso faz com que ocorra a troca de calor por convecção com o ar do
ambiente.
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