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Propagação do calor

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by

Alexandre Santos

on 19 May 2014

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Transcript of Propagação do calor

Convecção térmica
A convecção térmica é o processo de transmissão de calor em que a energia térmica se propaga através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e a ação da gravidade.(liquidos e gases).
A água tendo alto calor especifico,sofre variações de temperatura relativamente pequenas.deste modo numa região litornea , a terra se aquece mais do que o mar durante o dia .O ar aquecido em contato com a terrasobe e produz uma região de baixa pressão,aspirando o ar que está sobre o mar .Sopra a brisa maritima .Á noite ao perder calor a terra se resfria mais do que o mar .O processo se inverte e sopra a brisa terrestre
Inversão térmica
Propagação do calor
A movimentação das diferentes partes do fluido ocorre pela diferença de densidade que surge em virtude do seu aquecimeno ou resfriamento.
Noções de irradiação térmica
O processo de transferência de calor denominado irradiação térmica é feito pelas ondas eletromagnéticas, denominadas ondas de calor ou calor de radiante. Esse processo ocorre tanto em determinados meios quanto no vácuo.
Esse fenômeno se intensifica durante o inverno, pois nessa época do ano, em virtude da perda de calor, o ar próximo à superfície fica mais frio que o da camada superior, influenciando diretamente na sua movimentação. O índice pluviométrico (chuvas) também é menor durante o inverno, fato que dificulta a dispersão dos gases poluentes.
Como exemplo de radiação, podemos citar a energia solar que recebemos diariamente, a energia emitida por uma lareira que nos aquece no inverno, a energia emitida por uma lâmpada de filamento, cujo efeito sentimos eficazmente quando dela nos aproximamos,efeito estufa, e outros.

Qi=Qa+Qr+Qt
Quando a energia radiante incide na superfície de um corpo,ela é parcialmente absorvida,parcialmente refletida e parcialmente transmitida através do corpo.Da quantidade total de energia Qi incidente, é absorvida a parcela Qa, reflete-se a parcela Qr, e é transmitida a parcela Qt de modo que :
Absorvidade Refletividade Transmissividade
Para avaliar a proporção da energia incidente que sofre os fenômenos de absorção,reflexão e transmissão definimos as seguintes grandezas adimensionais
a=Qa
Qi
r=Qr
Qi
t=Qt
Qi
Corpo negro
É definido como corpo negro todo aquele que emite um espectro de radiação universal que depende apenas de sua temperatura, não de sua composição. Este tipo de corpo absorve toda a radiação que incide sobre eles. Daí a denominação corpo negro. Observe a figura 01:
representação de um corpo negro perfeito que não reflete a radiação, considerando-o a temperatura de 0K.
representação de um corpo negro a uma temperatura alta, próxima de 10³K.
É observado experimentalmente que a intensidade da radiação emitida é maior para as freqüências maiores quando a temperatura é mais alta. Ou seja, quanto maior a temperatura, há mais abundância de radiação de alta freqüência sendo emitidas pelo corpo em questão.
Lei de Stefan-Botzmann.Lei de kirchhoff

O poder emissivo do corpo negro é proporcional á quarta potência da sua temperatura absoluta.
Ecn = σ .T4
Onde σ = 5,67 x 10-8W/m2K4 é a constante de Stefan.
Para um corpo qualquer a lei de Stefan-Boltzmann pode ser escrita algebricamente desta maneira
Para um corpo qualquer,kirchhoff estabeleceu que
e=a
E=e.σ.T4
Isso significa que um bom absorvedor de calor é também um bom emissor.
Potência irradiada
A potência irradiada pela superfície de um corpo é diretamente proporcional à sua área exposta e à quarta potência da sua temperatura absoluta. Pode se calculada pela lei de Stefan-Boltzmann,

A expressão matemática que a traduz é:
Pr = E. σ. A T4
Entretanto se as temperaturas dele e do ambiente forem diferentes .Haverá um fluxo de energia.Assim se o corpo estiver a uma temperatura T e o ambiente a uma temperatura Ta ,a potência liquida Pl de ganho ou perda de energia será dada por :
Pl=e.A.σ.(Ta4-T4)
Aplicações e efeito da irradiação
Essas estufas são ambientes construídos com paredes de vidro, transparentes às ondas de infravermelho de alta frequência emitidas pelo Sol. As estufas possuem um chão escurecido com grande capacidade de absorver energia. A energia radiante é reemitida pelo chão e pelos corpos colocados dentro da estufa sob a forma de radiação infravermelha de baixa frequência (para a qual o vidro é opaco, ou seja, não deixa essas ondas de baixa frequência saírem).
O efeito estufa na Terra é provocado por diversos fatores, dentre eles podemos citar a queima de combustíveis fósseis. O que acontece é que o vapor d’água juntamente com o dióxido de carbono e outros gases liberados na atmosfera formam uma camada transparente às ondas eletromagnéticas irradiadas pelo Sol e absorvidas pela Terra. A Terra, aquecida, emite radiação infravermelha, para a qual a camada de vapor d’água e dióxido de carbono é opaca. Isso dificulta a perda de calor irradiado pela Terra, principalmente à noite, e provoca um aumento na temperatura global da atmosfera.



Existem aparelhos especiais que permitem ver um objecto pela detecção das radiações infravermelhas que ele emite. Um exemplo prático é dado pelo sistema de alarme infravermelho: qualquer interrupção de um feixe dessas radiações ocasiona a criação de um impulso eléctrico no detector de controlo, ligando o alarme.
Usos dos raios inravermelhos
Garrafa térmica
As garrafas térmicas um funcionamento bastante interessante. As paredes da garrafa térmica são duplas e prateadas. As paredes duplas são separadas por praticamente um vácuo, de tal forma que as trocas de calor por condução ou convecção, são minimizadas, pois elas precisam de um meio material para ocorrer. Já as paredes prateadas minimizam as trocas de calor por radiação, fazendo assim com que o liquido dentro da garrafa não perca nem receba calor.
As garrafas térmicas um funcionamento bastante interessante. As paredes da garrafa térmica são duplas e prateadas. As paredes duplas são separadas por praticamente um vácuo, de tal forma que as trocas de calor por condução ou convecção, são minimizadas, pois elas precisam de um meio material para ocorrer. Já as paredes prateadas minimizam as trocas de calor por radiação, fazendo assim com que o liquido dentro da garrafa não perca nem receba calor.
Exercício
P128-
Um objeto de emissividade 0,40 encontra-se á temperatura de 17c.A temperatura ambiente é de 37c.Sendo 0,50 m2 sua área exposta,determine:

a)
seu poder emissivo;
b)
a potência líquida absorvida;
c)
a quantidade de energia líquida absorvida no intervalo de 10 minutos.(Dado:constante de Stefan-Boltzmann σ=5,67.10-8 w/m2.k4
P129-
Um galpão possui área=A=300m² de paredes laterais,laje,janelas e portas.O coeficiente de condutibilidade térmica média deste conjunto é k=0,50 W/m.°C; a espessura média é x= 0,20m. Num inverno,deseja-se manter constante, 20°C, a diferença de temperatura Δθ do ar no interior e no exterior do galpão, durante o período de um mês. Em paredes sólidas, sabe-se que a quantidade de calor transmitida por segundo de uma face à face oposta é diretamente proporcional à área e à diferença de temperatura entre as faces, e inversamente proporcional à espessura. Essa quantidade de calor depende também da natureza do material que conduz o calor, ou seja, do seu coeficiente de condutividade térmica. Matematicamente:
Q=K.A.Δθ /x
a)
Qual é o custo mensal para manter constante a temperatura do ambiente interno por meio de lãmpadas acesas, considerando que 1MWh de energia elétrica custa R$ 120,00 ?
b)
Caso a temperatura interna seja mantida constante mediante um aquecedor a gás,qual será o volume mensal necessário para um gás com calor de combustão C = 9.000Kcal/m³ e 100%de rendimento do processo?
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