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Relatório - Propagação DE Calor...

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MEIOS PROPAGAÇÃO DE CALOR Mirian da Silva

Professora: Tânia Maria Coelho Departamento de Engenharia de Produção Universidade Estadual do Paraná/Campo Mourão O presente relatório tem por objetivo identificar e classificar as formas de propagação de calor, concluir que o calor, para se propagar, necessita de uma diferença de temperatura entre as regiões de escoamento, concluir que o fluxo térmico sempre se verifica no sentido das temperaturas decrescentes. Para demonstrar os meios de propagação de calor foram realizados três experimentos, sendo eles de condução, convecção e irradiação. Com a realização do experimento pode-se concluir que no processo de condução a transmissão de energia é feita de molécula a molécula, porém sem o deslocamento da matéria. No processo de convecção a transformação de energia térmica é feita de molécula a molécula, com o deslocamento da matéria. Na irradiação a energia térmica emitida pela lâmpada provoca o aumento da temperatura por meio da irradiação de ondas eletromagnéticas.

Introdução O calor, que também pode ser chamado de energia térmica, corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro em razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico. A transferência de calor se dá por três processos distintos: condução, convecção e irradiação. Na condução, a energia calorífica é transmitida por meio de corpos sólidos que aquecem, seja pelo calor do fogo, ou pelo contato com outro mais quente. Assim, quando aquecemos um corpo sólido, a energia cinética aumenta e consequentemente, a agitação das moléculas também aumentam, fazendo assim com que o calor seja conduzido por todo o material. Podemos tomar como exemplo a situação onde se deixarmos um atiçador de brasa metálico no fogo por tempo suficiente, seu cabo esquentará. A energia é transferida do fogo para o cabo por condução ao longo do atiçador. As 16/10/2018

amplitudes das vibrações dos átomos e elétrons do metal na extremidade do atiçador em contato com o fogo ficam relativamente intensas por causa da alta temperatura do ambiente. Essas amplitudes de vibração intensificadas, e portanto a energia associada, são transferidas ao longo do atiçador, de átomo para átomo, em colisões entre átomos adjacentes. Desta forma, uma região de temperatura crescente se entende ao longo do atiçador em direção ao cabo. Na convecção, a transmissão de calor ocorre em substâncias que estejam no estado líquido ou gasoso. Criam-se correntes circulares chamadas de "correntes de convecção", as quais são determinadas pela diferença de densidade entre o fluido mais quente e o mais frio. Quando você olha para a chama de uma vela ou de um fósforo, você está observando a energia térmica sendo transportada para cima por convecção. Tal transferência de energia ocorre quando um fluído, como ar ou água, fica em contato com um objeto cuja temperatura é mais alta do que a do fluído. A temperatura da

parte do fluído que está em contato com o objeto quente aumenta e esta parte do fluído se expande, ficando menos densa. Como este fluído expandido é agora mais leve do que o fluído em torno, mais frio, forças de empuxo fazem com que ele suba. O fluído mais frio, então, escoa para tomar o lugar do fluído mais quente que sobe, e o processo continua. Na irradiação, ocorre a transferência de energia térmica por meio das ondas eletromagnéticas ou ondas de calor de um corpo. Nesse caso, as partículas elétricas de um objeto aumentam, da mesma forma que sua energia cinética. Podemos citar o exemplo do Sol em relação a Terra: onde o calor solar atravessa o vácuo (não existe matéria no espaço) e chega até a Terra por meio da Irradiação. Procedimento experimental Para a comprovação das leis de transferência de calor foram realizados três experimentos a fim de observar os tipos de meio de propagação de calor. No primeiro experimento foram utilizados os seguintes equipamentos: Um tripé; cinco pequenas esferas; uma lamparina; régua; vela e fósforo. O equipamento foi montado de acordo com a figura I.

Esfera Tempo(s)

1-2 9,3

2-3 10,6

3-4 12, 3

4-5 12,9

No segundo experimento, foi necessário um conjunto demonstrativo de propagação de calor e uma ventoinha, montado de acordo com a figura II.

Figura II: Conjunto demonstrativo de propagação de calor com uma ventoinha (convecção).

Neste experimento, após ligar o conjunto demonstrativo de calor, foi cronometrado o tempo em que a ventoinha atingiu uma velocidade constante uniforme que foi de 75 s. Por fim, no terceiro experimento foi utilizado uma fonte térmica do conjunto de propagação de calor, uma folha de sulfite, uma folha de carbono, régua, um cronômetro, um suporte de mesa de termômetro e um termômetro. A figura III mostra os materiais necessários e sua forma de montagem.

Figura III: fonte térmica do conjunto de propagação de calor, com os demais equipamentos (irradiação). Figura I: Equipamentos utilizados no primeiro experimento (condução).

Inicialmente, foi elevado a calha A da figura I a 2 cm da lamparina, a vela foi acesa com o fósforo e ao mesmo tempo que pingou-se as parafinas da vela na calha, foram posicionadas as esferas em sequência. Logo em seguida foi colocado a lamparina acesa abaixo da calha e cronometrado o tempo em que as esferas levavam para cair. Vide tabela I. Tabela I: Tempo de queda entre as esferas na calha.

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Foi colocado o termômetro há uma distância de 20cm da fonte térmica, e cronometrado 5 minutos para avaliar a temperatura final do cronômetro. Esse procedimento foi repetido mais duas vezes, uma com a folha de sulfite na frente e outra com a de carbono, sendo que a cada vez o termômetro foi resfriado a 23ºC. Os dados da temperatura se encontram na tabela III. Tabela III: temperatura marcada no termômetro diretamente no feixe de luz, com o papel sulfite e com o papel carbono.

Ti = 23ºC Temperatura

Diretament e 26°C

Sulfite

Carbono

27°C

29°C

Resultados e discussão Com a realização do experimento foi possível analisar os meios de propagação de calor pelos métodos de condução, convecção e irradiação. A propagação por condução exige o contato entre os objetos que trocarão calor, ou seja, ocorre quando moléculas e átomos de um objeto a uma temperatura alta transmitem a energia térmica para as moléculas ou átomos próximos com baixa energia. Portanto observamos a transferência de calor por condução no momento em que a calha aquecia e a parafina se derretia, deixando as esferas caírem sequencialmente. Posteriormente, foi possível analisar o movimento de propagação de calor, por convecção com base no princípio de Arquimedes. Com base na teoria, foi possível analisar no experimento que após a lâmpada ficar acessa por alguns segundos, começou girar a hélice, pois as moléculas de ar frio são mais densas e se encontravam próximas da lâmpada aquecida, no entanto, o calor da lâmpada aquecia o ar fazendo com que o ar frio descesse, ocupando o espaço das moléculas de ar quente que são menos densas e fazendo com que as mesmas subissem. Formando assim, correntes de convecção ou troca de calor. E por fim, foi possível analisar o movimento de Irradiação. Nesse movimento, a energia térmica cruza o espaço, incluindo o vácuo do interior da lâmpada até atingir o bulbo do termômetro. Além disso, essas irradiações infravermelhas de natureza eletromagnética, não necessitam de um meio para se propagar. No experimento em questão a energia térmica emitida pela lâmpada provocou o aumento da temperatura indicada no termômetro por meio da irradiação de ondas eletromagnéticas.

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Foram realizados dois testes utilizando inicialmente uma folha de papel sulfite posicionada na frente do termômetro e posteriormente uma folha de papel carbono. Com isso, foi possível analisar que com o papel carbono a temperatura do termômetro aumentou mais que o normal (sem papel), visto que a cor escura do papel faz com que se absorva mais calor e consequentemente aumente a temperatura do termômetro. Conclusões Através da realização do experimento de condução, foi possível observar que a condução do fogo ao transferir calor a calha causou a transferência de energia de molécula a molécula sucessivamente por toda a extremidade, onde ocorre a queda sequencial das esferas presas por parafina. No método de convecção, observou-se que após a lâmpada ficar acesa por alguns segundos, a hélice começou girar, pois as moléculas de ar sobem e as moléculas de ar frio descem por serem mais densas. E no último, no método de irradiação notou-se que a energia térmica da lâmpada provocou o aumento de temperatura, sendo possível observar no termômetro. E analisando a diferença de temperaturas com a folha de sulfite e a folha de papel carbono são diferentes, pois a folha clara absorve menos calor do que a folha escura, onde consequentemente aumenta a temperatura....