Transmissão de Calor – Aula de Física Enem. Confira.

A troca de calor pode acontecer de três maneiras: por condução; convecção ou por irradiação. Revise sobre Transmissão de Calor nesta aula de Física Enem

A Transmissão de Calor é um dos conteúdos fundamentais da Física. Você lembra das aulas que teve? É hora de revisar. Confira.

O conhecimento dos conceitos relacionados à transmissão de calor é fundamental para entendermos o funcionamento de muitos equipamentos e procedimentos que utilizamos no dia a dia. Uma estufa de plantas, por exemplo, pode mostrar, em pequena escala, o porquê do aquecimento do nosso planeta.

Se você prestou bem atenção às leituras, exercícios e aulas do Ensino Médio vai logo lembrar que Calor é a energia térmica em trânsito entre corpos ou sistemas a diferentes temperaturas.

Você se recorda dos efeitos que o calor pode provocar em um corpo? – Confira: uma variação de sua temperatura e, consequentemente, uma variação em suas dimensões (a dilatação ou a contração térmica) ou uma mudança em seu estado físico.

Entretanto, é fundamental que você compreenda como a energia térmica se transfere de um sistema para outro.  Nesta aula você vai aprender os mecanismos ou processos pelos quais a energia térmica se transfere de um corpo para outro.

 O calor pode se transmitir de um corpo para outro, ou de um sistema para outro, por meio de três processos distintos:

• por condução;

• por convecção;

• por irradiação.

Uma transmissão de calor geralmente envolve dois ou, até mesmo, três, processos simultaneamente. Contudo, sempre há a predominância de um deles.Ao final desta aula esperamos que você seja capaz de, em uma dada situação cotidiana, identificar qual o principal processo pelo qual o calor esteja sendo transmitido.

Dica 1 – Se você não sabe que a trajetória dos planetas é elíptica, então estude sobre as Leis de Gravitação de Kepler e fique preparado para gabaritar na prova de Física Enem.

A transmissão de calor por condução

Imagine-se, apenas imagine-se, segurando a extremidade de um pedaço reto de arame e que a outra ponta do arame esteja em contato com a chama de uma vela. O que você espera que aconteça?

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Evidentemente você não precisará realizar este experimento para concluir que a temperatura da extremidade em contato com a sua mão aumentará e que você correrá o risco de queimar as pontas dos dedos.

Você poderá se perguntar: como o calor da chama, distante da sua mão, chegou até as pontas de seus dedos? Obviamente o calor se transmitiu da chama até seus dedos através do arame.

Vejamos com mais detalhes como isso acontece.

O arame é constituído por partículas (átomos) que, como sabemos, encontram-se em um constante estado de agitação. Quanto mais intensa a agitação dessas partículas, maior será a temperatura do arame.

As partículas do arame em contato direto com a chama da vela recebem energia e, consequentemente, sofrem um aumento no estado de agitação, ou seja, aumentam de temperatura. Como o fluxo de energia é constante, as partículas da extremidade do arame continuam a receber energia, aumentam seu estado de agitação e passam a colidir mais intensamente com as partículas vizinhas que, por sua vez, passam a vibrar mais intensamente, sofrendo, também, um aumento de temperatura.

Dica 2 – Revise sobre Estática e Equilíbrio do ponto material em mais esta aula preparatória para a prova de Física Enem – https://blogdoenem.com.br/estatica-fisica-enem/

O processo se repete e podemos concluir que a energia da chama irá se transmitir ao longo do arame transferindo-se de partícula para partícula.

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Assim, no processo de transmissão de calor por condução, a energia térmica se transmite diretamente de partícula (átomo, molécula ou íon) para partícula através do material do corpo.

A quantidade de calor transmitida por condução depende das ligações da estrutura atômica ou molecular das partículas que formam o corpo.

 Os sólidos, por exemplo, são formados por átomos que podem possuir elétrons livres em sua estrutura, elétrons que estão mais “fracamente” ligados ao núcleo do átomo. Esses elétrons livres podem transmitir mais facilmente a energia por meio de colisões.

 Os metais, por possuírem muitos elétrons livres, são, regra geral, bons condutores de calor e de eletricidade. Dentre os metais, a prata é o melhor condutor de calor, seguida do cobre, do alumínio e do ferro.

 Por outro lado, os materiais com poucos elétrons livres ou cujas partículas estão relativamente distantes uma das outras conduzem mal o calor sendo, portanto, maus condutores de calor. Os materiais maus condutores de calor são, também, chamados isolantes. Como exemplos de maus condutores de calor podemos citar a madeira, o vidro, o isopor, os plásticos, o gelo, a lã e o ar seco, dentre muitos outros.

A transmissão de calor por convecção

Para entendermos o processo de transmissão de calor por convecção, vamos analisar como acontece o aquecimento da água contida em uma panela de alumínio colocada sobre a chama de um fogão a gás.

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 Como podemos explicar o aquecimento da massa de água dentro da panela?

O calor da chama é transmitido através do fundo da panela, de átomo para átomo de alumínio, pelo processo de condução.

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De início, a água no fundo da panela começa a se aquecer pelo processo de condução, recebendo a energia diretamente dos átomos de alumínio com os quais está em contato. A partir daí, a transmissão de calor por condução é pouco eficiente, visto que nos líquidos, as moléculas estão relativamente afastadas uma das outras.

O que ocorre a seguir é que a água em contato com o fundo da panela, ao se aquecer, sofre uma dilatação térmica e, ao se expandir, torna-se menos densa do que o restante da água. Então, essa água aquecida sobe, cedendo seu lugar para porções de água mais frias, que estavam na parte superior do recipiente, que descem para o fundo da panela.

Enquanto a chama estiver acesa, porções mais quentes de água continuarão subindo e porções mais frias de água continuarão descendo. As correntes de água quente subindo e de água fria descendo, originadas pela diferença de densidades, são chamadas correntes de convecção.

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 Assim, na convecção, o calor é transmitido juntamente com porções do material aquecido. Por este motivo, a convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre exclusivamente com os fluidos (líquidos, gases e vapores), nunca ocorrendo nos sólidos.

 Como regra geral, podemos estabelecer que em um aquecimento por convecção, devemos aquecer a massa fluida das regiões inferiores favorecendo, assim, a subida do material aquecido. Por outro lado, um resfriamento deve ser feito resfriando-se a massa fluida das regiões superiores, o que favorece a descida do material frio.

A transmissão de calor por irradiação

 Para entender o mecanismo da transmissão de calor por irradiação, também chamado radiação, imagine-se sentado próximo a uma fogueira numa noite fria e de frente para ela.

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 Você, naturalmente, sentirá o calor da fogueira transmitido até você e perceberá que a parte da frente de seu corpo, aquela voltada para a fogueira, se aquece mais do que as costas. Mas, como este calor é transmitido até você?

 A quantidade de calor transmitida até você por condução pelo ar é desprezível, visto que o ar é um bom isolante térmico. Também será desprezível a quantidade de calor que você receberá por convecção, visto que o ar aquecido irá subir.

 Podemos afirmar que o calor da fogueira será transmitido até você por um processo diferente da condução e da convecção. O calor da fogueira será transmitido até você pelo processo denominado irradiação.

 Na irradiação, o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas (ondas de rádio, luz visível, raios ultravioleta, entre outras). Quando estas ondas são raios infravermelhos, também chamadas de ondas de calor ou calor radiante, falamos em irradiação térmica.

 De modo geral, podemos dizer que qualquer corpo emite radiação eletromagnética, em diferentes quantidades, dependendo apenas de sua temperatura. Quanto mais alta a temperatura do corpo, maior será a quantidade de calor transmitido por irradiação.

 As ondas eletromagnéticas, como a luz e os raios infravermelhos, podem se propagar no vácuo e, por este motivo, ao contrário da condução e da convecção que só ocorrem através de meios materiais, a irradiação também pode ocorrer no vácuo.

 A irradiação é o principal processo de transmissão de calor, pois é através deste processo que o calor do Sol, por exemplo, chega até a Terra e permite a existência de vida em nosso planeta.

 As ondas de calor não se propagam igualmente em todos os meios. O vácuo tem transparência total para a propagação dos raios infravermelhos. Os metais e o concreto são praticamente opacos para esse tipo de radiação (absorvem a maior parte da radiação incidente) e certos materiais, como o vidro, o ar e a água são semitransparentes.

 Em um corpo semitransparente, uma parte dos raios infravermelhos incidentes sofre reflexão, uma parte o atravessa e outra parte é absorvida pelo material. O aquecimento do corpo é devido à parte da radiação que é absorvida.

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Devemos ressaltar, ainda, que as superfícies escuras absorvem mais calor radiante do que as superfícies claras e que as superfícies polidas ou espelhadas refletem mais calor radiante do que as superfícies foscas.

Saiba mais sobre a Transmissão de Calor nesta aula do canal Fabrisfisica, disponível no Youtube. Após assistir, revise o que você aprendeu respondendo aos nossos desafios!

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=0qVcbo_Z22o]

Desafios

Questão 1

(UFMG) Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo.

Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque

a) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo.

b) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão.

c) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno.

d) o tabuleiro retém mais calor que o bolo.

Questão 2

(UFPA) Um expressivo polo de ferro-gusa tem se implantado ao longo da ferrovia de Carajás, na região sudeste do Pará, o que ensejou um aumento vertiginoso na produção de carvão, normalmente na utilização de fornos conhecidos como “rabos-quentes”, que a foto ilustra. Além dos problemas ambientais causados por esses fornos, a questão relativa às condições altamente insalubres e desumanas a que os trabalhadores são submetidos é preocupante. A enorme temperatura a que chegam tais fornos propaga uma grande quantidade de calor para os corpos dos trabalhadores que exercem suas atividades no seu entorno.

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Com base nas informações referidas no texto, analise as seguintes afirmações:

I O gás carbônico (CO2) emitido pelos fornos é um dos agentes responsáveis pelo aumento do efeito estufa na atmosfera.

II Nas paredes do forno de argila o calor se propaga pelo processo de convecção.

III O calor que atinge o trabalhador se propaga predominantemente através do processo de radiação.

IV O deslocamento das substâncias responsáveis pelo efeito estufa é consequência da propagação do calor por condução.

Estão corretas somente

a) I e II

b) I e III

c) II e III

d) III e IV

e) II e IV

Questão 3

(UFMT) A coluna da esquerda apresenta processos de termotransferência e a da direita, fatos do cotidiano relacionados a esses processos. Numere a coluna da direita de acordo com a da esquerda.

1 – Condução

2 – Convecção

3 – Radiação

( ) O movimento do ar no interior das geladeiras.

( ) O cozinheiro queimou-se com a colher aquecida.

( ) Energia que recebemos do Sol.

( ) Ar condicionado deve ser instalado próximo ao teto.

Assinale a sequência correta.

a) 2, 1, 3, 1

b) 1, 2, 3, 3

c) 3, 1, 1, 2

d) 1, 3, 2, 2

e) 2, 1, 3, 2

Questão 4

(UCSal – BA) Cada vez mais se discute a produção de energia num mundo globalizado e o impacto ambiental causado pela sua produção. Independentemente de ser energia convencional ou alternativa, renovável ou não renovável, a maior fonte é devido ao Sol, direta ou indiretamente. O Sol não está presente apenas na energia fornecida através

a) do petróleo.

b) da biomassa.

c) da hidroelétrica.

d) do vento (eólica).

e) do núcleo atômico (nuclear).

Questão 5

(PUC – SP) Segundo informações amplamente divulgadas pelos diversos meios de comunicação, a Groenlândia, segunda maior calota de gelo da Terra, armazena 10% do gelo do planeta, ficando atrás apenas da Antártida. Segundo dados obtidos pelos satélites, o derretimento (fusão) desse gelo vem acelerando desde o verão de 2004 e os resultados mostram uma redução anual de 240 km da calota de gelo. De acordo com as estimativas dos cientistas, esses dados indicam uma contribuição anual da Groenlândia de 0,54 mm na elevação do nível do mar. Um dos vilões apontados para esse fenômeno é o aquecimento global causado pelo lançamento diário de diversos gases na atmosfera. Esses gases, que são liberados principalmente por veículos e indústrias, dificultam a troca de calor entre a Terra e o espaço, aumentando assim a temperatura média do planeta. A energia térmica produzida pelo Sol é transmitida até a Terra por _________________ através da propagação de ondas eletromagnéticas na faixa do ___________________.

Os espaços ficarão corretamente preenchidos utilizando, respectivamente, as palavras:

a) condução, ultravioleta.

b) convecção, infravermelho.

c) radiação, infravermelho.

d) convecção, ultravioleta.

e) radiação, ultravioleta.

 

Você consegue resolver estes exercícios? Então resolva e coloque um comentário no post, logo abaixo, explicando o seu raciocínio e apontando a alternativa correta para cada questão. Quem compartilha a resolução de um exercício ganha em dobro: ensina e aprende ao mesmo tempo. Ensinar é uma das melhores formas de aprender!