Propagação do Calor nos Fluidos

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
Mostrar que, nos fluidos, o calor pode propagar-se pelo deslocamento de matéria (convecção).

Material
Copo de vidro grande ou garrafa cortada, sem desenhos ou pequeno aquário
Mesa
Água
Luz solar
Ebulidor de água por imersão, comercial (50 a 100W)
Lâmpada com suporte e fio
Vela
Tomada
Sala escura

Montagem

— Se for utilizar um litro transparente, corte-o pela parte, onde indica a figura A.  

— Para cortá-lo, veja a experiência 011.  

Procedimento

— Coloque o copo ou a garrafa numa mesa perto de uma janela, por onde entrem os raios solares.

— Coloque água até 4cm antes de atingir a borda da garrafa ou copo.

— Coloque o ebulidor dentro da água, o mais perto possível do fundo.

— Somente depois de introduzido na água, ligue o ebulidor na tomada e observe a sombra da garrafa ou do copo na mesa (figura A).

— Sabendo que a água quente é mais leve, relacione esta experiência com os ventos (o ar quente também é mais leve)e com as correntes marinhas.  

— Coloque água na caixa de vidro até 12 cm de altura.

— Acomode o ebulidor para que fique na parte central do fundo da caixa.

—  Ligue o ebulidor na tomada da rede elétrica.

— Ligue a lâmpada, que deverá estar de meio metro a um metro de distância da caixa e, a seguir, escureça a sala.

— Observe, na parede lisa, por meio das sombras produzidas, como a água quente sobe e se desloca para os lados ao chegar à superfície.

— Relacione esta experiência com os ventos e com as correntes marinhas.

— Coloque uma vela acesa na parte superior e depois na inferior do vão de uma porta, um pouco aberta, que comunique dois ambientes em temperaturas diferentes (exemplo: sala de aula e corredor) e relacione o observado na chama da vela em ambos os casos com as duas experiências anteriores.

fizemos ou não fizemos

Condução, Convecção e Irradiação

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Por: Marco Aurélio da Silva Santos

Condução, convecção e irradiação são diferentes processos de propagação do calor. A definição de calor é energia térmica em trânsito, ou seja, está em constante movimentação e transferência entre os corpos do universo. No entanto, para que ocorra transferência de calor entre dois corpos é necessário que ambos possuam diferentes temperaturas, pois dessa forma, o calor irá fluir sempre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

A condução térmica

Tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra metálica na chama de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando fora da chama de fogo. Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a barra até alcançar a outra extremidade.

Esse tipo de transferência ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da constituição atômica do material, a qual faz com que ele seja classificado condutor ou isolante de calor. Nas substâncias condutoras esse processo de transferência acontece mais rápido como, por exemplo, nos metais. Já nas substâncias isolantes, como na borracha e na lã, esse processo é muito lento.

A convecção térmica

É o tipo de propagação do calor que ocorre nos fluidos em geral em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Por exemplo: na geladeira os alimentos são resfriados dessa forma. Como sabemos, o ar quente é menos denso que o ar frio e é por esse motivo que o congelador fica na parte de cima da geladeira. Dessa maneira, formam-se as correntes de convecção: o ar quente dos alimentos sobe para ser resfriado e o ar frio desce refrigerando os alimentos, mantendo-os sempre bem conservados. Essa também é a explicação do porquê o ar condicionador ser colocado na parte de cima de um ambiente.

A irradiação térmica

A condução e a convecção são formas de propagação de calor que para ocorrer é necessário que haja meio material, contudo, existe uma forma de propagação de calor que não necessita de um meio material (vácuo) para se propagar, esta é a irradiação térmica. Esse tipo de propagação do calor ocorre através dos raios infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas. É dessa forma que o Sol aquece a Terra todos os dias, como também é o meio que a garrafa térmica mantém, por longo tempo, o café quentinho em seu interior.

A garrafa térmica é construída de forma que os três processos de propagação de calor sejam reduzidos ao máximo. Entre suas paredes há o vácuo, o qual impede a propagação do calor por condução. Estas são espelhadas tanto internamente quanto externamente, de forma que os raios infravermelhos sejam refletidos e por último temos a tampa. Esta última quando bem fechada evita o processo de propagação por convecção. Construída dessa maneira, a garrafa térmica mantém sempre bem quentinho o café ou o chá.

1. Propagação de calor
      As formas em que o calor se propaga são:
1.1. Condução térmica    É a propagação de calor em que a
energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte
de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores
térmicos).


          Aplicações de isolantes térmicos:
               
         
Exemplo2:   Os pássaros eriçam suas penas para
armazenar o ar entre elas. Protegendo-se, assim,
           do frio.
   
           Exemplo3: As roupas de lã são  um exemplo    
           de isolante térmico; o ar que fica retido entre
           suas fibras dificulta a condução de calor. Os
pelos  dos  animais  e  a  serragem  também
são bons isolantes térmicos porque retêm ar.
1.2. Convecção térmica   É a propagação de calor com
transporte de matéria. Ocorre somente nos líquidos e gases.            
                           
Exemplo1: Água no fogo.
    A   água   quente   na   parte    inferior,
menos densa, sobe, enquanto a água fria
na  parte  superior,   mais   densa, desce.
     Esse   movimento  de  água  quente  e
água  fria,  chamado   de   corrente   de
convecção, faz  com  que  a  água  se
aqueça como um todo.      
           
Exemplo2: Condicionador de ar.
     Para facilitar o resfriamento de  uma
sala, o  condicionador  de  ar  deve  ser
colocado na parte superior  da  mesma.
Assim, o  ar  frio   lançado, mais denso,
desde,  enquanto  o ar quente na parte
inferior,  menos denso,  sobe (corrente
de convecção).        
           Exemplo3: Geladeira.
    Para  facilitar o    resfriamento   da  geladeira,
o congelador    deve   ser   colocado    na  parte
superior   da mesma.     Assim,     o     ar       frio  
próximo   ao congelador,   mais   denso,  desce,
enquanto  o  ar  quente na parte inferior, menos
denso, sobe (corrente de convecção).


Exemplo4: Aquecedor.
    Para facilitar o aquecimento de uma sala,
o aquecedor  de  ar  deve  ser colocado  na
parte    inferior    da   mesma.  Assim,   o ar
quente   lançado,    menos    denso,    sobe,
enquanto o ar frio junto ao teto, mais denso,
desce (corrente de convecção).        
Exemplo5: Brisa litorânea
   De  dia,  o  ar  junto  à areia  se
aquece  e, por ser menos  denso,
sobe e  é substituído pelo  ar  frio
que  estava sobre a água. Assim,
forma-se a  brisa  que   sobra  do
mar para a terra, a brisa marítima.      
    À  noite,   o  ar  junto  à   água,
agora mais   aquecido,   sobe    e
é substituído   pelo  ar   frio    que
estava  sobre   a    areia.   Assim,
forma-se a brisa   que   sopra  da
terra para o mar, a brisa terrestre.                            
             
                      No inverno, quando
a superfície da Terra esfria muito
(principalmente   à   noite),  o   ar
próximo à superfície fica mais frio
do  que   o   ar  um  pouco acima.
Então,  quando  o  dia amanhece,
o   Sol    fraco    de    inverno  não
consegue aquecer o ar junto ao solo suficientemente. Assim, o
ar poluído frio próximo à superfície ,mais denso, não consegue
subir, permanecem junto ao solo. Este fenômeno é chamado de
inversão térmica.
1.3. Irradiação térmica   É a propagação de calor através de
ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos
– chamados de ondas de calor. Ocorre inclusive no vácuo.
Exemplo1:   A estufa  de  plantas  é
feita de vidro, que  é  transparente
à energia radiante do Sol e  opaco
às ondas de  calor  emitidas  pelos  
objetos dentro  da  estufa.  Assim, o  
interior da estufa se mantém a  uma    
temperatura maior do que o exterior.  
Exemplo2: Na atmosfera terrestre também ocorre o  efeito
estufa. O  gás carbônico (CO2) e os  vapores de água
presentes no ar funcionam como o vidro: são transparentes à
energia radiante que vem do Sol, mas  opacos às ondas de
calor emitidas pela Terra.            
    Em virtude do aumento considerável de veículos, indústrias e
fontes poluidoras em geral, os níveis de gás carbônico e outros
gases têm aumentado na atmosfera terrestre. Isso já provocou
um aumento na temperatura média da Terra de 1
o
C, e
previsões para um aumento de 1,8
o
C a 4
o
C para os próximos
50 anos.
OBS: A garrafa térmica tem por finalidade evitar as
propagações de calor.  Ela  é constituída  por uma
ampola de vidro com faces  espelhadas (as faces
espelhadas evitam a irradiação).   A  ampola
tem  parede   dupla   de   vidro  com  vácuo
entre  elas  (o  vácuo  evita  a  condução  e  a
convecção).  Externamente,  uma  camada de
plástico protege a ampola

Fonte: Prof: CARLOS FARIAS

Propagação de Calor por Irradiação

Propagação de Calor por Irradiação

Material:
Uma vela, caixa de fósforo, uma das mãos.


Procedimento:

• Acenda a vela e fixe em algum local.
• Encoste lentamente a mão ao lado da chama da vela e sinta a temperatura da mão aumentar(cuidado não encoste a mão na chama).

O que acontece?
Sente-se o aumento de temperatura da mão pelo tato.


Por que acontece?

O calor(energia térmica) sempre se propaga de um local com maior temperatura para outro de temperatura menor, que neste caso corre por irradiação(transferência de calor na ausência de matéria) pois o ar é mau condutor de calor e o ar aquecido sobe, por ser mais leve, em vez de ir para baixo ou para os lados.

Fonte: UNESP/ BAURU

radiação 

 

preciso de idéias para o trabalho