meios de propagação do calor

meios de propagação do calor

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

Os meios de propagação do calor

Condução/Convecção/Irradiação

Tucuruí

2013

Objetivos:

• Identificar, comparar e classificar as formas de propagação de calor;

• Reconhecer que o calor, para se propagar, precisa de temperaturas diferentes entre as regiões de escoamento;

• Mencionar que o fluxo térmico sempre se verifica no sentido das temperaturas decrescentes

Condução

Introdução

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmica passa de um local para outro através das partículas do meio que os separa. Não há deslocamento de matéria, as partículas recebendo energia transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior, estas por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente

Materiais e Métodos:

  • 01 base principal;

  • 01lâmina suporte em aço inoxidável;

  • 05 corpos de prova esféricos de aço;

  • 01 lamparina;

  • 01 vela (cera);

  • 01 caixa de fósforo;

  • 01 cronômetro;

  • 01 biombo protetor e canalizador, com suporte de termômetro e janelas de entrada

Com materiais em mãos e conceitos básicos em mente, foi iniciado a montagem dos equipamentos. Ao término, a vela foi acesa e colocou-se corpos esféricos na haste metálica. Posicionou-se a vela na extremidade da haste metálica.Isolamos o experimento com alguns livros para que não houvesse corrente de ar que interferisse no resultado do experimento, então acendemos a vela e então observamos.

Questionamentos

Acenda a lamparina e aqueça a extremidade livre da lâmina.Descreva o observado.

Notou-se que o fogo da vela, ao aquecer a haste, fazia as bolinhas caírem uma a uma em numa seqüência que partia da ponta da lâmina aquecida pelo fogo.

Como você explicaria o fato da energia térmica penetrar pelo extremo da lâmina e as esferas se desprenderem, sucessivamente, nos pontos 1,2,3,4 e 5 da mesma?

Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a lâmina até alcançar a outra extremidade.

Qual a função da cera e das esferas utilizadas neste experimento?

As ceras da vela vão se derretendo conforme o fio vai se aquecendo e consequentemente a esferas cairão,pois as esferas estão presas a elas.

Poderia a esfera 2 cair antes da esfera 1?Justifique a sua resposta.

Como é denominada esta maneira do calor se propagar e qual a sua principal característica?

Condução térmica. A principal característica da condução é a transferência de energia sem a simultânea transferência de matéria, ocorrendo, assim, predominantemente nos sólidos.

Resultados Experimentais e Conclusão:

Notou-se que o fogo da vela, ao aquecer a haste, fazia as bolinhas caírem uma a uma em numa seqüência que partia da ponta da haste aquecida pelo fogo. Dessas observações,concluiu-se que isso ocorre pelo fato das partículas se agitarem transmitindo energia de uma para outra em seqüência e sem pular um átomo sequer.

Convecção

Introdução

Processo de transmissão de calor, que consiste em movimentos de massas fluidas, trocando de posição.Assim, podemos afirmar que a convecção somente ocorre nos fluidos ( líquidos, gases e vapores ), não podendo ocorrer nos sólidos e no vácuo. Pode ser natural, quando é ocasionada por diferença de densidade devido a diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada quando é ocasionada por bombas ou ventiladores

Materiais e Métodos:

  • 01 base principal com:

Apatas niveladoras,chave liga-desliga isolada,haste vertical com regulagem de altura, refletor com soquete articulável;

  • 01 fonte irradiante de feixe direcional, 60 W

  • 01 ventoinha de alumínio com 8 hélices

  • 01 biombo protetor

  • 01 pivot de aço inoxidável

O experimento foi montado colocando a ventoinha na parte superior do pivô, de modo que este a mantivesse suspensa apenas apoiando-a pelo centro. E colocou-se a ventoinha acima da fonte irradiante(lampâda).

Ligue a lâmpada e aguarde alguns minutos.Comente o observado

Depois de algum tempo, a ventoinha começa a se movimentar

O que acontece à molécula de ar frio que se encontra próxima da lâmpada aquecida?

Com base no princípio de Arquimedes,justifique o movimento de subida da molécula aquecida de ar.

Quando certa massa de um fluido é aquecida suas moléculas passam a mover-se mais rapidamente, afastando-se, em média, uma das outras. Como o volume ocupado por essa massa fluida aumenta, ela torna-se menos densa. A tendência dessa massa menos densa no interior do fluido como um todo é sofrer um movimento de ascensão ocupando o lugar das massas do fluido que estão a uma temperatura inferior

Procure justificar a causa do movimento da ventoinha.

A parte do fluido mais frio (mais denso) move-se para baixo tomando o lugar que antes era ocupado pela parte do fluido anteriormente aquecido. Esse processo se repete inúmeras vezes enquanto o aquecimento é mantido dando origem às chamadas correntes de convecção. São as correntes de convecção que mantêm o fluido em circulação,fazendo assim a ventoinha se movimentar.

Como se denomina esta maneira do calor se propagar e qual a sua principal característica?

Convecção térmica. A transmissão da energia térmica é feita de molécula a molécula, porém, com deslocamento da matéria

Resultados Experimentais e Conclusão:

Com a lâmpada acesa,o ar ao seu redor esquenta, deixando-o mais denso.Com o ar quente subindo, foi observado que a ventoinha começava a rodar gradativamente, e o ar frio descia, logo o ar frio era aquecido também e subia novamente. Constou-se então a transmissão de calor por convecção, ou seja, o movimento das partículas (matéria) de ar quente e frio.

Irradiação

Introdução

A terceira forma de transferência de calor é por radiação.Esse processo não necessita de um meio para propagar o calor. A propagação é dada através de ondas eletromagnéticas, que ao atingir um meio são absorvidas e transformadas, em grande parte, em energia térmica.Apesar de todas as ondas eletromagnéticas transportarem energia, apenas as correspondentes ao infravermelho são chamadas de ondas de calor.Todos os corpos com temperatura finita emitem radiação. O espectro de emissão dos objetos depende, em geral, da sua geometria e do material constituinte.

Materiais e métodos:

  • 01 base principal:

Sapatas niveladoras, chave liga-desliga isolada,haste vertical com regulagem de altura, refletor com soquete articulável;,

  • 01 fonte irradiante de feixe direcional , 60 W;

  • 01 biombo protetor e canalizador, com suporte de termômetro e janelas de entrada

  • 02 elásticos ortodônticos;

  • 01 termômetro com escala de -10 a 110 °C

  • 01 retângulo de papel branco 15x25 mm

  • 01 retângulo de papel carbono preto 15x25mm

  • 01 cronômetro

  • 01 calço de madeira

Fixou-se a pinça no suporte e o termômetro no calço de madeira. Em seguida, o termômetro foi unido no suporte.A lâmpada foi ligada e iniciou-se a execução dos passos para a realização do experimento.A primeira parte do experimento consistia em determinar a temperatura quando o termômetro

estivesse protegido pela sombra da cartolina branca. A temperatura inicial era de 28ºC. Após 5 minutos de exposição da luz da lâmpada, a temperatura praticamente não se alterou. Na segunda parte, o mesmo procedimento foi repetido , mas agora utilizando papel carbono.Após os 5 minutos de exposição da luz da lâmpada, a temperatura foi de 33ºC. Na terceira e última parte, os raios luminosos atingiram diretamente o termômetro. Após 5 minutos de medição, a temperatura chegou aos 50ºC.

Questionamento

Anote a temperatura inicial indicada pelo termômetro

28°C

Ligue a lâmpada por cinco minutos(cronômetrados), anotando a temperatura final

33°C

Desligue a lâmpada.De onde veio a energia térmica capaz de provocar a elevação de temperatura indicada no termômetro?

Segundo suas observações você diria que as irradiações infravermelha, fenômeno de natureza eletromagnética,necessitam de um meio material para se propagarem?

Não

Como é denominada esta maneira de o calor se propagar e qual a sua principal característica?

Irradiação. Esta é a única forma de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo

Procure justificar a função da superfície espelhada existente na parte traseira da lâmpada

Superfícies espelhadas minimizam a perda de energia térmica por radiação.

Conclusão:

Ao realizar o experimento pode-se entender como a energia térmica pode cruzar o espaço, desde o Sol á Terra, se entre a terra e o Sol existe um enorme espaço sem matéria. E isso ocorre, pois a irradiação consiste na transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em certos meio material. Esta é a única forma de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo. A energia térmica que o nosso planeta

recebe do sol se propaga exclusivamente por irradiação.

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