Experimento Meios de Propagação de Calor: Transmissão

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Abaixo temos uma tabela com valores de condutibilidade térmica para alguns materiais.

Material

Condutividade térmica em J/(s*m*K) ou W/(m*K)

Prata

426

Cobre

398

Alumínio

237

Tungstênio

178

Ferro

80,3

Aço Carbono

38,0

Latão

60 - 100

Vidro

0,72 - 0,86

Água

0,61

Tijolo

0,4 - 0,8

Madeira (pinho)

0,11 - 0,14

Fibra de vidro

0,046

Espuma de poliestireno

0,033

Ar

0,026

Espuma de poliuretano

0,020

Polipropileno

0,254

Tabela 1 - Condutividade térmica de materiais a 27 °C

A convecção se assemelha ao processo de condução, pois também necessita de um meio material, entretanto a mesma ocorrerá apenas em fluídos (gases ou líquidos). Desta forma existirá uma transferência de calor em conjunto com uma transferência de material. Contudo esse processo de transferência de calor-matéria segue um sentido único: a porção de fluído que se encontra em maior temperatura se torna menos densa e acaba subindo no sistema, enquanto que a porção de fluído de menor temperatura encontra-se mais densa e por sua vez desce. Por fim, no processo de convecção ocorre uma troca, ou ciclo (sem perda de matéria) entre porções quentes e frias. Para isso usamos a lei de resfriamento de Newton em que h e coeficiente convectivo, e área a e o que e a variação de temperatura entre fluido e o material.[pic 6]

(3)[pic 7]

A radiação possui um comportamento bem distinto dos outros dois, pois não necessita de um meio material para ocorrer. A forma mais conhecida do processo de radiação é a luz, que viaja no vácuo carregando energia, como é o exemplo da luz do Sol que aquece o planeta. Entretanto a transferência de calor por radiação ocorre através de qualquer onda eletromagnética. Para a radiação calculamos o poder emissivo do corpo, onde - Constante de Stefan-Boltzmann igual a 5,67.10-8 W/m2K e a temperatura T da superfície.[pic 8]

[pic 9]

2 OBJETIVOS

- Reconhecer as três formas de propagação de calor bem como caracterizá-las;

- Verificar o sentindo do fluxo térmico;

- Compreender as aplicações da lei de Fourier resfriamento de Newton.

3 MATERIAIS UTILIZADOS

- Suporte tripé;

- Haste de sustentação;

- Barra metálica com furos (aço inox);

- Esfera de metal.

- Lamparina a álcool;

- Suporte para lâmpada;

- Ventoinha;

- Suporte em “L” para a ventoinha;

- Termômetro;

- 02 corpos de prova (branco e preto);

4.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

4.1: CONDUÇÃO

- Montar o experimento conforme a figura 1;

[pic 10]

Figura 1 - arranjo experimental para o experimento de condução térmica.

- Fixar com parafina (vela) três esferas metálicos na haste metálica (um em cada furo);

- Acender a lamparina e posicione-a sob a extremidade livre da haste;

- Com um cronometro, marcar o tempo para que as esferas se desprendam da haste metálica;

- Anotar os tempos de desprendimento para cada haste na tabela seguinte;

Material

Tempo de queda (segundos)

1°esfera

2°esfera

3°esfera

4°esfera

5°esfera

Inox

28

83

159

Não caiu

Não caiu

Com o acender da lamparina inicia transferência de calor por convecção para lamina de aço inox, e na lamina de aço inox por condução e à medida que a temperatura nas esferas atinge o ponto derretimento da parafina ocorre o desprendimento das esferas, com tudo as esferas além da extremidade do biombo que envolve a lamina de inox não caíram isso se deve ao fato de que o calor absorvido pela lamina passa a se dissipar por convecção e assim a taxa de transferência de calor por condução se reduz, assim não sendo capaz de atingir o ponto de derretimento da parafina.

4.2: IRRADIAÇÃO

[pic 11]

Figura 2 - arranjo experimental