diapositivo 1 - física e química energia no aquecimento... · entre sistemas a temperaturas...
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24-04-2015
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Sumário
Do Sol ao “Aquecimento” – Unidade temática 1
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas.
• Mecanismos de transferência de calor: a radiação, a condução e a convecção.
• O coletor solar e o seu funcionamento.
• Materiais condutores e isoladores do calor.
• Condutividade térmica de um metal.
22/04/2015
Do Sol ao aquecimento
Mecanismos de transferência de calor
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
Entre sistemas a temperaturas diferentes a energia transfere-se
do sistema com temperatura mais elevada para o sistema a
temperatura mais baixa.
Como poderá ocorrer essa transferência de energia?
A transferência de energia pode ser feita por radiação, condução e convecção.
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Do Sol ao aquecimento
Radiação
A radiação é um dos modos de
transferência de energia sob a forma de
calor.
Neste mecanismo a energia encontra-se
sob a forma de ondas eletromagnéticas e
não necessita de um meio material de
suporte para se propagar.
A energia solar é transferida do Sol até ao nosso planeta por radiação.
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Do Sol ao aquecimento
Condução
A transferência de calor por condução verifica-se,
principalmente nos sólidos.
Neste mecanismo não há transporte de matéria, mas
apenas interação entre partículas.
Esta interação dá-se por colisões, partícula a partícula,
em que as de maior energia cinética cedem parte dessa
energia às partículas de menor energia. Esta transmissão
é comunicada às partículas vizinhas e propaga-se ao
longo de todo o sólido ou entre sólidos que estejam em
contacto direto.
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Do Sol ao aquecimento
Condução
A capacidade de transmissão de energia por
condução varia com o tipo de material.
Consideremos a seguinte experiência com três barras
cilíndricas de diferentes materiais, por exemplo
cobre, ferro e vidro mas, com tamanhos iguais e
diâmetros iguais, em contacto com uma chama.
Na extremidade oposta de cada barra encontra-se um
grão de milho envolvido em cera.
Será que os grãos caem ao fim do mesmo tempo de
aquecimento?
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Do Sol ao aquecimento
Condução
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Do Sol ao aquecimento
Convecção
A convecção é um processo pelo qual o calor é transferido
de um local para outro de um fluido. Pode ocorrer como
resultado de diferenças de temperatura que originam um
movimento de partículas no seio dos fluidos (líquidos e
gases) ou por aplicação de uma força motriz externa.
O aquecimento dos fluidos provoca um aumento da energia
cinética das suas partículas, o que origina uma expansão do
fluido e uma consequente diminuição da densidade.
Assim, o fluido menos denso (quente) irá subir, obrigando o
fluido mais denso (frio) a descer, dando origem a correntes
de convecção.
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Do Sol ao aquecimento
Convecção
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Do Sol ao aquecimento
Correntes de convecção
As correntes de convecção que se formam na atmosfera são a maior causa do vento,
das nuvens e das trovoadas. É o caso da brisa marítima e o vento continental.
Quando o solo e a água estão expostos à radiação solar, o solo fica mais quente do que a água e
junto às rochas, formam-se correntes de convecção ascendente que provocam a circulação do
ar originando uma brisa marítima. De noite, o solo arrefece mais rapidamente e a água do mar
fica mais quente, originando um vento continental.
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Do Sol ao aquecimento
O coletor solar
Os coletores solares são uma forma
de aproveitamento da energia solar.
Quais são os mecanismos de
transferência de calor usados no seu
funcionamento?
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Do Sol ao aquecimento
O coletor solar
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Do Sol ao aquecimento
O coletor solar
O coletor solar plano, é constituído por uma
caixa isolada, coberta por uma placa de
material transparente. No interior da caixa são
colocados tubos por onde circula a água.
O interior da caixa é pintado (ou revestido) de
preto, para receber a energia do Sol e
transformá-la em calor que é transmitido aos
tubos por onde circula a água.
A cobertura transparente permite a passagem
dos raios solares, e serve para provocar o
efeito de estufa e reduzir as perdas de calor.
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Do Sol ao aquecimento
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Do Sol ao aquecimento
Materiais condutores e isoladores do calor
Existem materiais que recebem ou cedem energia, como calor, mais
rapidamente do que outros. Vejamos o exemplo de um tacho cujas
asas não são metálicas...
Assim, os materiais podem distinguir-se em:
– bons condutores
– maus condutores ou isoladores de calor.
Os bons condutores recebem e cedem energia com maior rapidez e os maus
condutores ou isoladores fazem-no de um modo mais lento.
Os metais e ligas metálicas são os melhores condutores de calor e os sólidos não
metálicos (por exemplo, a madeira e o plástico), os líquidos e os gases são maus
condutores de calor.
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Do Sol ao aquecimento
Condutividade térmica de um metal
Para quantificar a capacidade que os
materiais têm de conduzir energia sob a
forma de calor surgiu uma grandeza
física – a condutividade térmica, k.
A condutividade térmica traduz a rapidez
com que um determinado material
conduz o calor, por unidade de tempo.
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Do Sol ao aquecimento
Condutividade térmica de um metal
A quantidade de calor transferida por condução, por unidade de tempo, (P = Q/t),
entre duas superfícies, é diretamente proporcional à área A das superfícies, e à
diferença T entre as suas temperaturas, inversamente proporcional à espessura l
e depende dos materiais que são feitas, k.
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Condutividade térmica do cobre
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Do Sol ao aquecimento
Condutividade térmica de outros materiais
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Do Sol ao aquecimento
Coeficiente de transmissão térmica, U
Coeficiente de transmissão térmica de um elemento da envolvente - é a quantidade
de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária desse
elemento da envolvente por unidade de diferença de temperatura entre os
ambientes que ele separa.
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Do Sol ao aquecimento
Valores do coeficiente de transmissão térmica, U usados em construção civil
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas
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Do Sol ao aquecimento
Os materiais e a condutividade térmica
Nos países quentes é importante reduzir o fluxo
de calor do exterior para o interior da habitação,
enquanto nos países frios é necessário evitar as
perdas de calor do interior para o exterior.
É aqui que, mais uma vez, os conhecimentos
científicos da Física podem ser usados em nosso
benefício e na melhoria das nossas condições de
vida e conforto.
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Do Sol ao aquecimento
Os materiais e a condutividade térmica
Com o recurso aos valores da condutividade
térmica de diversos materiais, é possível
escolher os que melhor isolam as habitações.
Esses materiais são os que possuem uma
condutividade térmica baixa, de modo a
minimizar as perdas de energia numa habitação.
Assim, por exemplo, deve usar-se madeira e
cortiça para o revestimento interior das paredes
e lã de vidro para o revestimento do telhado.
A presença de paredes duplas, vidros duplos e
janelas calafetadas é, também, uma boa forma
de isolamento das habitações.
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Do Sol ao aquecimento
Problema
A temperatura do tapete da figura é maior
ou menor do que a temperatura do azulejo
onde se encontra o tapete?
Justifique a resposta.
Resposta:
É igual.
O material de que é feito o tapete tem uma
condutividade térmica menor do que o material
que é feito o azulejo. Passa energia dos pés mais
rapidamente para o azulejo do que para o tapete
dando a sensação de mais frio.
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TPC
• Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações pág. 81.
– A radiação solar no aquecimento.
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