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Anjo Albuquerque
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Mecanismos de transferência de calor
Anjo Albuquerque
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Quando aquecemos uma
cafeteira de alumínio
com água ao lume toda a
cafeteira e toda a água
ficam quentes passado
algum tempo.
Ocorrem transferências de
energia como calor.
A água contida no seu interior
aquece por convecção.
A cafeteira é aquecida por
condução.
Mecanismos de transferência de calor
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Condução
Ocorre nos metais.
Decorre rapidamente porque os metais têm eletrões
livres (eletrões de condução) que colidem com os iões da
rede metálica (iões positivos).
O aumento de temperatura da base da cafeteira deve-se
a um aumento da energia cinética dos corpúsculos.
Este processo continua até que toda a cafeteira fique à
mesma temperatura.
Mecanismos de transferência de calor
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Convecção A água contida no interior da cafeteira aquece (aumenta a sua
temperatura) porque os corpúsculos constituintes da água adquirem
maior energia cinética.
A quantidade de líquido que se encontra mais próxima da fonte de
calor aquece, expande-se e torna-se menos densa.
A água quente (menos densa) tem tendência a subir, sendo substituída
pela água fria (mais densa) que tem tendência a descer.
Ocorre, assim, uma circulação contínua de correntes:
A água quente desloca-se para cima.
A água fria movimenta-se para baixo.
Estas correntes designam-se por correntes de convecção.
Mecanismos de transferência de calor
O processo termina quando todo o fluído estiver à mesma temperatura.
Repete-se
enquanto o
fluído não
estiver todo à
mesma
temperatura.
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Mecanismos de transferência de calor
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Mecanismos de transferência de calor
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Observação de correntes de convecção
Energia emitida pela Terra
e enviada para o Espaço.
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Observação de correntes de convecção
As zonas perto do equador
recebem mais radiação solar
por unidade de área devido
à inclinação do eixo de
rotação da Terra.
O ar quente sobe assim a
partir do equador e origina
correntes de convecção na
atmosfera terrestre.
As correntes de convecção originam os
ventos e regulam o clima do nosso planeta.
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Correntes de convecção – Brisas Marítimas
Durante o dia a radiação
solar aquece a superfície
terrestre. O ar quente
sobe, sendo substituído
pelo ar frio que desce em
direção ao mar.
Durante a noite o mar
tem uma temperatura
mais elevada do que a
terra. O ar quente sobe a
partir do mar sendo
substituído pelo ar frio
que desce em direção à
superfície terrestre.
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EXERCÍCIO
Exercício 1
Observa a figura que mostra um recipiente
com água a ser aquecido à chama de um
fogão a gás.
a) Indica quais são as transferências de energia que ocorrem nesta
situação.
b) Qual é o mecanismo de transferência de energia como calor, que
permite ao recipiente aquecer, decorrido um certo intervalo de
tempo?
c) Explica como se processa a transferência de calor na água.
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Condutores e isoladores de calor
O calor não se transfere com a
mesma facilidade através de
todos os materiais.
Há materiais bons e maus condutores térmicos:
Os metais e ligas metálicas são os melhores condutores do calor.
Os sólidos não metálicos são, de um modo geral, maus condutores de calor, assim como os líquidos.
Os gases são os piores condutores do calor.
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Condutores e isoladores de calor
Nas nossas casas devemos escolher materiais de construção que sejam bons isolantes térmicos, isto é, materiais
maus condutores do calor. Deste modo minimizam-se as transferências de calor para o exterior.
A quantidade de calor que atravessa, por segundo, uma
parede exterior, com espessura L, de uma habitação
depende dos seguintes fatores:
é diretamente proporcional à área da
parede.
é diretamente proporcional à diferença
de temperatura entre o interior da
habitação e o exterior.
é inversamente proporcional à
espessura da parede
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Condutores e isoladores de calor
Radiação Solar
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Condutores e isoladores de calor
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Condutores e isoladores de calor
U – coeficiente de
condutividade térmica
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Condutores e isoladores de calor
Energia emitida pela Terra
e enviada para o Espaço.
Radiação Solar
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Condutores e isoladores de calor
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Condutores e isoladores de calor
Exercício 2
Exercícios
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Através das janelas de vidro simples, há transferência de energia entre o exterior e o interior
de uma habitação, sob a forma de calor, por condução.
a) O vidro dessa janela, de condutividade térmica 0,8Wm-1 K-1, tem 1,5m de altura, 1,2m de
largura e 5,0mm de espessura.
Qual das expressões seguintes permite calcular a energia transferida, sob a forma de calor,
através do vidro dessa janela, em cada segundo, se a diferença de temperatura entre o
exterior da habitação e o interior da sala for 10 ºC?
b) Explique o facto de a condutividade térmica dos gases ser, geralmente, muito inferior
à dos sólidos.
(FQA11 - 2014 - EE)
Exercício 3
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As paredes dos igloos, abrigos tradicionalmente usados pelos esquimós, são feitas
de blocos de gelo ou de neve compacta.
Se, num igloo, o gelo fosse substituído por betão, a espessura da parede do igloo
deveria ser maior, para que, considerando uma mesma diferença de temperatura
entre as faces interior e exterior dessa parede, a energia transferida por unidade de
tempo fosse a mesma.
Que conclusão se pode retirar da afirmação anterior?
(FQA11 - 2010 - 2ª fase)
Exercício 4
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FQA11- 2009 - 2ª fase
A placa de cobre, maciça e homogénea, de espessura l, representada na
figura seguinte, permite a dissipação de energia de uma fonte quente (placa metálica
X), mantida a uma temperatura constante, ΤX, para uma fonte fria (placa metálica Y),
mantida a uma temperatura constante, ΤY.
a) Identifique o mecanismo de transferência de energia como calor entre as
placas X e Y, através da placa de cobre.
b) Identifique a propriedade física que permite distinguir bons e maus
condutores de calor.
Exercício 5
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c) Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação
correta.
Se a placa de cobre for substituída por outra, idêntica, mas com
metade da espessura, a energia transferida por unidade de tempo,
entre as placas X e Y,
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Exercício 6
Exercício 7
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TABELA
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Condutividade térmica de materiais a 27 °C (300 K)