Os EXPERIMENTOS DE MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

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1 INTRODUÇÃO

A disciplina de transferência de calor e importante para que possamos entender alguns conceitos básicos de como um corpo recebe ou perde calor, sabemos que calor e energia em movimento mais devemos entender como ocorre essa troca de calor e quais os mecanismos para um corpo trocar calor como outro corpo ou mesmo com o ambiente, vamos também fazer experimentos sobre os mecanismos de condução convecção e radiação e verificar tipos de materiais isolantes. No relatório 1 veremos os meios em que ocorre transferência de calor de um corpo para outro, seja por condução convecção ou radiação, e também vamos ver alguns tipos de materiais isolantes. No relatório 2 vamos realizar alguns experimentos para analisar os mecanismos de transferência de calor, vamos entender na pratica como funciona essa troca de calor seja por condução quando um corpo mais quente está em contato com outro corpo com menor temperatura e assim há uma troca de calor para igualar o meio, ou por Convecção, geralmente em fluidos, quando a uma movimentação de suas moléculas que trocam calor umas com as outras sucessivamente, ou por Radiação quando a uma fonte de calor emitindo energia e outro corpo a recebe.

2 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR

[pic 3]

Figura 1

O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.

2.1 - INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA TRANSFÊRENCIA DE CALOR

Energia térmica é a fracção da energia interna de um corpo que pode ser transferida devido a uma diferença de temperaturas. Esta fracção é composta pelas formas de energia microscópicas energia sensível e energia latente. Por exemplo, um corpo colocado num meio a uma temperatura diferente da que possui, recebe ou perde energia, aumentando ou diminuindo a sua energia térmica (ou interna, armazenada). Esta energia térmica transferida “para o” ou “do” corpo é vulgarmente designada por “Calor” e o processo é designado por Transferência de Calor. Equações representativas:

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Não ocorrendo mudança de estado físico, a variação de energia interna sofrida por um corpo, de massa (m), é igual ao calor transferido (Q) e pode ser estimada pela variação de temperatura ocorrida (ΔT), conhecido o seu calor específico (cp), como transcrito de uma forma simplista pela eq. 1. Havendo mudança de estado, a temperatura mantém-se constante, por exemplo na evaporação de uma massa m de um líquido, e o calor associado é calculado com recurso à eq. 2, onde ΔHvap é a entalpia específica de vaporização (obtida por subtração da entalpia do líquido à entalpia do gás).

3 - MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR:

3.1 - Transmissão por Condução;

Na figura ao lado vemos um pequeno exemplo da condução onde a chama aquece o material da panela que por sua vez é um ótimo condutor de calor e transfere para o seu redor e demais objetos em contato.[pic 6][pic 7]

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.

Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de calor. Portanto:

A condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).

O calor propaga-se através da parede do forno de uma pizzaria.

Exemplificado matematicamente pela Lei de Fourier:

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Onde,

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[pic 10]

[pic 11]

(Obs.: Levando em consideração a direção do eixo x, e também o sinal negativo é necessário porque o calor é transferido no sentido da diminuição de temperatura e a condutividade térmica é positiva).

3.2 - Transmissão por Convecção;

Na figura ao lado vemos um clássico exemplo de convecção onde um mecanismo usa do fluido “ar” para transferência de calor pelo ambiente.[pic 12][pic 13]

A convecção se constitui de movimentos de massas fluidas, trocando de posição, notemos que não tem significado falar em convecção no vácuo.

Assim, podemos afirmar que a convecção somente ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores), não podendo ocorrer nos sólidos e no vácuo.

A convecção pode ser natural, quando é ocasionada por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada, quando é ocasionada por bombas ou ventiladores.

Observemos que na convecção não há passagem de energia de um corpo para outro, mas apenas estes é que mudam de posição.

Sendo assim, concluímos que, a rigor, a convecção não é um processo de transmissão de calor, pois não há passagem de energia de um corpo para outro.

Exemplificado matematicamente pela equação:

[pic 14]

Onde,

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

3.3 - Transmissão por Radiação;

Ao lado na figura 3 temos um belo exemplo da transmissão por radiação onde garante alimentação na forma de calor para vários meios de trabalho.[pic 18]