Fisica aplicada

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UNIDADE II. CALOR E SUA PROPAGAÇÃO
1.ENERGIA TÉRMICA

As moléculas constituintes da matéria estão em contínuo movimento, agitação térmica. A energia cinética associada a esse movimento é chamada de energia térmica.
A energia térmica pode transferir-se de um corpo para o outro quando entres eles houver uma diferença de temperatura.

2. CALOR
É a energia térmica em trânsito entre corpos adiferentes temperaturas. 3. UNIDADE USUAL DE CALOR No Sistema Internacional (SI), a unidade de quantidade de calor é joule (J)

3.1 CALORIA
Caloria (cal) é uma unidade de medida que define a quantidade de energia para elevar em 1ºC a temperatura de 1 grama (o equivalente a 1 mililitro) de água. 1 caloria = 4,1868 joules

Exemplo: Para aquecer 250 mililitros de água (aproximadamente 1 copo)de 20ºC para 21ºC, é necessário fornecer 250 calorias de energia.

A caloria também é usada para mensurar o valor energético de um alimento.

4. FLUXO DE CALOR
O calor se propaga de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura

Q q t
q= cal/s

5. PROPAGAÇÃO DE CALOR

Pode ocorrer por três processos diferentes: condução, convecção e radiação.

5.1 ConduçãoOcorre via as colisões entre átomos e moléculas de uma substância e a subseqüente transferência de energia cinética.

Transferência de calor por condução

5.2 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Se envolvermos um objeto a uma temperatura T2 com uma camada de um material, de modo a isolá-lo do ambiente externo a uma temperatura T1, então a condutividade térmica do material isolante determina a rapidez comque o calor fluirá através dele.

5.3 LEI DE FOURIER.

KAT q e
K: coeficiente de condutividade térmica A: área; e = espessura

Prata: 0,99 cal/s * cm * °C
Lã: 0,000086 cal/s * cm * °C

5.3.1 EXEMPLOS TÉRMICA

DA

CONDUÇÃO

O isolamento térmico é uma importante aplicação relacionada com a condução. Assim, utilizam-se materiais isolantes térmicos para minimizar a transferênciade calor entre corpos a diferentes temperatura.

EXEMPLO 1:
Quantas calorias são transmitidas por metro quadrado de um coberto de 2,5 cm de espessura, durante uma hora, estando a pele a 33°C e o ambiente a 0°C? O coeficiente de condutividade térmica do coberto é 0,00008 cal/s * cm * °C.

Exemplo 2: Uma barra de alumínio está em contato, numa extremidade, com gelo em fusão e, na outra, comvapor de água em ebulição sob pressão normal. Seu comprimento é 25 cm, e a seção transversal tem 5 cm2 de área. Calcule a quantidade de calor transmitida na barra em meia hora. K= 0,5 cal/s.cm.°C

5.4 CONVECÇÃO
Convecção é o tipo de propagação do calor que ocorre geralmente em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Desta forma ocorre o transporte de partesda substância de uma região quente para uma região fria.

Suponha que tenhamos uma região de ar que se aquece. À medida que o ar se aquece as moléculas de ar se espalham, fazendo com que esta região se torne menos densa que o ambiente em torno, o ar não aquecido. Sendo menos denso ele se elevará. Este movimento de ar quente para uma região mais fria é chamada de transferência de calor porconvecção.

Correntes de convecção em água fervendo.

Formação de brisas próximas à grandes quantidades de água.

Exemplo 3. Uma placa é atravessada por uma quantidade de calor igual a 3,0 x 103 cal em um intervalo de tempo de 5 minutos. Determine o fluxo de calor através dessa placa expressa em cal/s e em watt. Considere 1 cal = 4J

5.6 RADIAÇÃO
De modo geral, quando um copo recebedeterminada quantidade de energia radiante, por exemplo, a radiação proveniente do Sol, o corpo absorve parte dessa radiação e o restante dela é refletida. Sabemos que corpos escuros têm a capacidade de absorver mais energia radiante que os corpos claros.

A radiação térmica efetua-se por meio das ondas eletromagnéticas denominadas ondas caloríficas ou calor radiante.

5.7 CORPO NEGRO
Define-se...
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