AULA 14

TRANSMISSÃO DE CALOR

1- INTRODUÇÃO

Neste capítulo estudaremos os três processos de transmissão decalor e a dilatação térmica nos sólidos e nos líquidos. .

2- CONDUÇÃO

Condução é o processo de transmissão de calor em que a energia setransfere de molécula para molécula sem que elas se desloquem.

Obs. A condução não ocorre no vácuo.Como exemplo, temos um bloco de bronze com uma de suasextremidades em contato com o fogo. O calor atravessa esse bloco demolécula para molécula.

3- CONVECÇÃO

Convecção é o processo de transmissão de calor, no qual a energiase transfere junto com as massas fluídas que trocam de posições devidoàs suas diferentes densidades provocadas pelas diferenças detemperatura.Obs. A convecção não ocorre no vácuo nem nos meios sólidos.

Como exemplo, temos o ar-condicionado de uma sala, instalado naparte superior. O aparelho está instalado na parte superior, parafavorecer a convecção do ar. O ar que sai do aparelho está frio (maisdenso) e por isso desce, já o ar que está na sala, em sua volta, estámais quente (menos denso) que o que sai do aparelho e por isso elesobe. Esse sobe e desce das massas de ar, devido as diferentestemperaturas, é o que chamamos correntes de convecção.

FIGURA

4- RADIAÇÃO OU IRRADIAÇÃO

Radiação é o processo de transmissão de calor em que a energia setransfere de um local para outro através de ondas eletromagnéticas.Obs. Ocorre no vácuo e em meios materiais.Como exemplo, temos o calor que recebemos diariamente aqui na terra,vindo do sol. As ondas de calor emitidas pelo sol são eletromagnéticas epor isso não exigem meios materiais para se propagarem.

FIGURA

5- FLUXO DE CALOR (f)

Observe que esta barra de bronze está sendo atravessada por umfluxo de calor. O fluxo de calor representa a quantidade de calor queatravessa esta barra na unidade de tempo. Experimentalmenteverificou-se que o fluxo depende do material que constitui esta barra,pois, há materiais mais condutores de calor e outros menos condutores.A condutibilidade térmica (C) é característica de cada material.Verificou-se ainda, que o fluxo era diretamente proporcional à área desecção transversal (A) desta barra, à diferença entre as temperaturas(Dq) das faces opostas e inversamente proporcional ao comprimento dabarra (e).

6- DILATAÇAÃO TÉRMICA NOS SÓLIDOS

Quando um corpo sólido sofre uma alteração em sua temperatura,suas dimensões se alteram. A essa alteração de dimensões chamamosdilatação térmica.

Como exemplo, temos um cubo que será aquecido. Veja que ao sedilatar, ele sofre um aumento em suas arestas, na área de cada face eem seu volume.

Podemos observar que os sólidos irão sofrer três tipos de dilatação,que estudaremos a seguir.

7- DILATAÇÃO LINEAR OU UNIDIMENSIONAL (DL)

A dilatação linear mede o aumento do comprimento do corpo e temduas definições. Uma definição óbvia que é a diferença entre oscomprimentos final e inicial.

Uma outra definição obtida experimentalmente verifica que adilatação linear é diretamente proporcional ao comprimento inicial docorpo e a variação de temperatura sofrida por ele. O coeficiente deproporcionalidade é chamado de coeficiente de dilatação linear ouunidimensional e representado pela letra a.

8- GRÁFICO DA DILATAÇÃO LINEAR

Através da ultima equação, verificamos que o comprimento do corpocresce linearmente com a temperatura. Daí podemos traçar o gráficoabaixo.

9- DILATAÇÃO SUPERFICIAL OU BIDIMENSIONAL (DS)

Para definir a dilatação superficial, foram usados conceitos análogosaos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação é bidimensional e,

portanto, o coeficiente de dilatação é superficial ou bidimensional e serárepresentado pela letra b.

10- DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA OU CÚBICA OUTRIDIMENSIONAL (DV)

Para definir a dilatação volumétrica, também foram usados conceitosanálogos aos da dilatação linear. Veja que agora a dilatação étridimensional e, portanto, o coeficiente de dilatação é volumétrico oucúbico ou bidimensional e será representado pela letra g.

11- RELAÇÃO ENTRE OS COEFICIENTES a, b e g

A relação entre os coeficientes de dilatação está mostrada a seguir.

12- DILATAÇÃO TÉRMICA NOS LÍQUIDOS

Nos líquidos só tem significado o estudo da dilatação volumétrica.Para se estudar a dilatação nos líquidos, devemos colocá-lo numrecipiente sólido. Ao aquecermos o conjunto, tanto o líquido quanto osólido sofrerão dilatação. Então, ao se estudar a dilatação dos líquidos,vamos observar dois tipos de dilatação. A dilatação real, que dependesomente do líquido, e a dilatação aparente, que depende do líquido e dorecipiente.

Abaixo temos um recipiente totalmente cheio de um líquido. Ao seaquecer o conjunto, parte do líquido transborda e a este volumetransbordado chamamos dilatação aparente. Como o recipiente tambémse dilatou, o volume final de líquido dentro do recipiente é maior que oinicial. Então, temos que a dilatação real do líquido é a soma dadilatação do recipiente e a dilatação aparente.

EXERCÍCIOS

1- (UNISA-SP) – Uma panela com água está sendo aquecidanum fogão. O calor das chamas se transmite através da parededo fundo da panela para a água que está em contato com essaparede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição,o calor se transmitiu predominantemente pora) radiação e convecção b) radiação e condução c)convecção e radiação d) condução e convecção e)condução e radiação

2- (FUVEST) – Têm-se dois copos, com a mesma quantidade deágua, um aluminizado A e outro negro N, que ficam expostos aoSol durante uma hora. Sendo inicialmente as temperaturasiguais, é mais provável que ocorra o seguinte:a) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual temperatura émaior.b) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante.c) Após uma hora a temperatura de N é maior que a de A.d) De início, a temperatura de A decresce (devido à reflexão) e ade N aumenta.e) As temperaturas de N e de A decresceram (devido àevaporação) e depois cresceram.

3- (UFU-MG) – Um orifício numa panela de ferro, a 0°C, tem5cm2 de área. Se o coeficiente de dilatação linear do ferro é de1,2.10-5°C-1, a área desse orifício a 300°C será, em cm2:a) 5,018 b) 10,036 c) 10,072d) 5,036 e) 4,964

4- (MACKENZIE-SP) – À temperatura de 0°C, uma barra

metálica A (15

A C10.2 -- °=a ) tem comprimento de 202,0mm e

outra barra metálica B (15

B C10.5 -- °=a ) tem comprimento200,8mm. Aquecendo-se essas barras, elas apresentarão omesmo comprimento à temperatura de:a) 100°C b) 150°C c) 180°Cd) 200°C e) 220°C

5- (FATEC) – Um fio de cobre de 100m sofre aumento detemperatura de 10°C. O coeficiente de dilatação linear do cobre é17.10-6°C-1. A variação do comprimento foi de:a) 17mm b) 17cm c) 17md) 1,7m e) 100,17m

RESPOSTAS

1. ALTERNATIVA D2. ALTERNATIVA C3. ALTERNATIVA A4. ALTERNATIVA D5. ALTERNATIVA A