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Transferncia de Calor: Conduo,

Conveco e Radiao

O calor transferido de um sistema para outro de trs

diferentes maneiras:

Conduo.

Conveco.

Radiao.

Em situaes prticas duas ou trs delas costumam

agir ao mesmo tempo.

Conduo

No processo de conduo, o calor transferido entre

dois sistemas atravs de um meio que os une.

Admitimos que nenhuma parte desse meio esteja em

movimento. Assim, o meio deve ser um slido rgido

ou, se um fluido, no deve ter correntes circulantes.

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Conduo

Conduo de calor em muitos materiais pode ser

visualizada como a transferncia de energia resultante

das colises intermoleculares.

A conduo de calor acontece somente se tivermos

diferena de temperatura. Experimentalmente:

DQ T1 T2

Dt l = kA

Onde A a rea da seco transversal de um objeto; l, a distncia

entre os dois elementos que trocam calor, cada um a uma temperatura

T1 e T2,e k a constante de condutividade trmica.

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Conduo

Quando k grande: condutores. Bons condutores

trmicos so tambm bons condutores eltricos.

Quando k pequeno: isolantes. Pssimos condutores

trmicos so tambm pssimos condutores eltricos.

Semicondutores se comportam de forma diferente.

Pssimos condutores trmicos:

s vezes so isolantes eltricos.

s vezes so condutores eltricos.

MECNISMOS DE TRANSFERNCIA

DE CALOR

O fluxo trmico (H) quantidade de calor que

atravessa uma superfcie na unidade de tempo, ou seja

a potncia trmica que transferida, logo exprime-

se em Watts no SI.

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t

QH

D

D

Esquematicamente

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Para pequenas variaes de

temperatura

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LEI DE FOURIER

k condutividade trmica do material (W/moC)

A rea da placa (m2)

H fluxo trmico por conduo (W)

- gradiente de temperatura (oC/m)

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dx

dt

dx

dTkA

dt

QH

Para o Estado Estacionrio

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x

TAKH

D

D ..

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Exemplo

O calor perdido atravs de uma janela.

Calcular o fluxo de calor atravs do vidro de uma

janela de 2,0 m x 1,5 m e de 3,2 mm de espessura,se

as temperaturas de um lado e de outro da superfcie

do vidro forem de 15,0oC (lado de dentro)e 14,0oC do

lado de fora.

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14

Conveco

Este mecanismo no envolve transferncia

microscpica de calor, por tomos ou molculas,

como descrito acima. Conveco o fluxo de calor

devido a um movimento macroscpico, carregando

partes da substncia de uma regio quente para uma

regio fria. Este mecanismo possui dois aspectos, um

ligado ao princpio de Arquimedes e outro ligado

presso.

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Radiao Conduo e conveco necessitam da presena de

meio material para que haja transferncia de calor de uma regio mais quente para uma regio mais fria.

A Radiao no necessita de meio material para a transferncia de calor; ele transferido atravs da radiao eletromagntica, como no caso da radiao solar.

A equao de Stefan-Boltzmann:

Onde s a constante de Stefan Boltzmann= 5,67 x 10-8 W/m2 K4, e

e a emissividade, um nmero entre 0 e 1 que caracterstico do

material.

.

4ATet

Qs

D

D

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Radiao

Superfcies pretas tm a emissividade perto de 1,

enquanto que superfcies espelhadas tm

emissividade prxima de zero.

O valor da constante e depende muitas vezes da

temperatura do corpo.

Uma superfcie que absorve com facilidade

tambm emitem com facilidade.

Um objeto jamais capaz de somente emitir energia

para o ambiente mas tambm de abosrver energia

deste ambiente.

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Radiao

A valor da rede de energia radiante de um objeto pode ser dada por:

= esA(T1 T2 )

onde A a superfcie do objeto, T1 a temperatura e e a emissividade temperatura T1, e T2 a temperatura da vizinhana.

No caso de equilbrio T1 = T2 and DQ/Dt = 0, portanto os coeficientes de emisso e absoro devem ser os mesmos. Um bom condutor tambm um bom emissor.

DQ

DT 4 4

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Radiao proveniente do Sol

Cerca de 1350 J de energia atingem a atmosfera da Terra provenientes do Sol por segundo e por metro quadrado de rea que atingida por raios solares segundo um ngulo de 90o .

1350 J/s m2 = 1350 W/m2

A atmosfera deve absorver algo em torno de 70% desta energia antes dela atingir o solo dependendo da quantidade de nuvens. (Cerca de um quarto da superfcie da Terra costuma estar sempre recoberta de nuvens.)

Em um dia claro cerca de 1000 W/m2 chegam a atingir a superfcie da Terra.

.

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Radiao proveniente do Sol

Um objeto com emissividade e e com rea A de

frente para o Sol absorve calor medido em watts:

= (1000 W/m2)eAcosq

onde q o ngulo entre os raios solares e a linha perpendicular superfcie A.

DQ

DT

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Exemplo 1

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Exemplo 1

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Exemplo 2

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Exemplo 3

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