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By Lucien Silvano Alhanati
Física
Calor CAL
Ebook >>> Estudo do Calor
Propagação do calor CAL06
Propagação do calor por condução CAL0601
Quando o calor se propaga por condução ? CAL060101
A propagação do calor é realizada por condução
quando o calor passa da região mais quente para a mais fria de
partícula em partícula. Na propagação por condução as partículas do meio onde o calor se propaga permanecem estacionárias. |
Quando a propagação ocorre em regime permanente ? CAL060102
Quando as temperaturas das partículas do meio onde o calor se propaga não variam em função do tempo |
O que devemos entender por gradiente de temperatura ? CAL060103
Gradiente de temperatura entre dois pontos é a taxa de
variação da temperatura em relação à distância. Considere a parede da figura de espessura e cuja face quente está a uma temperatura T1 e a face fria a uma temperatura T2. O gradiente de temperatura na parede na direção de propagação do calor é grad T = (T1 - T2) / e Quando afirmamos que o gradiente de temperatura na direção de propagação do calor égrad T = 50oC / cm queremos informar que para cada centímetro caminhado na direção de propagação do calor corresponde a uma variação de temperatura de 50oC. |
Que informações nos fornece o gráfico da temperatura ao longo da direção de propagação do calor numa parede ? CAL060104
Considere uma parede composta de duas camadas de materiais
diferentes mostrada na figura, onde o calor se propaga da face vermelha
para a azul.
A primeira camada é de espessura e1
entre as faces vermelha e verde onde ocorre uma variação de
temperatura DT1.
O gradiente de temperatura é grad T1
= DT1 / e1,
sendo avaliado pela tangente do ângulo a1 As observações feitas nos levam a concluir que a inclinação do gráfico nos permite avaliar o gradiente de temperatura, como a1 > a2 então grad T1 > grad T2 |
Como calcular o gradiente médio de temperatura de uma parede composta de trechos de materiais diferentes, em função dos gradientes de cada trecho ? CAL060105
Considere uma parede composta de duas camadas de materiais
diferentes mostrada na figura, onde o calor se propaga da face vermelha
para a azul.
A primeira camada é de espessura e1
entre as faces vermelha e verde onde ocorre uma variação de
temperatura DT1.
O gradiente de temperatura é grad T1
= DT1 / e1 grad T = (e1.grad T1 + e2.grad T2) / (e1 + e2) Concluímos que o gradiente médio é a média ponderada dos gradientes de cada camada tomando como pesos a espessura da camada. |
O que é fluxo de calor ? CAL060106
Fluxo F
de calor através de uma seção de um corpo é a razão entre a
quantidade de calor Q que atravessa
a seção e o tempo t gasto.
F = Q / t |
Quais são as unidades de fluxo de calor ? CAL060107
Como o fluxo é a razão entre a energia e o tempo as suas unidades serão unidades de potência. São unidades de fluxo 1 cal / s e no Sistema Internacional 1J / s = 1W |
Qual é a Lei de Fourier relativa à condução do calor numa parede ? CAL060108
Considere a parede mostrada na figura de área A e
espessura e, com a face quente a uma temperatura T1 e a face
fria a uma temperatura T2.
Como a área lateral é pequena em comparação com a área A podemos desprezar as perdas laterais de calor e em regime permanente podemos considerar que o fluxo que penetra na parede pela face quente é igual ao que sai pela face fria. nestas condições é possível afirmar que "o fluxo de calor F é proporcional a área A e ao gradiente de temperatura grad T" F = K.A.grad T onde K é uma constante de proporcionalidade que depende da natureza do material da parede, denominada de coeficiente de condutibilidade térmica. |
O que é o coeficiente de condutibilidade térmica ? CAL060109
É uma constante de proporcionalidade que aparece na Lei
de Fourier relativa à condução de calor numa parede, que depende da
natureza do material que conduz o calor. Os materiais de maior coeficiente de condutibilidade térmica são melhores condutores de calor |
Quais são as unidades usuais de coeficiente de condutibilidade térmica ? CAL060110
Sabemos que
F = K.A.grad T >>> K = F / A.grad T No Sistema Internacional a unidade de K será 1W / m2
. oC / m ou 1W / m.oC
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Como calcular o coeficiente de condutibilidade térmica de uma parede composta ? CAL060111
Considere uma parede conduzindo calor em regime permanente
cuja visão lateral está mostrada na figura.
O fluxo de calor na parede será F
= K.A.grad T >>> F
= K.A.DT / e >>> Na camada entre as faces vermelha e verde a variação de temperatura será DT1 = (e1 / K1).(F / A) Na camada entre as faces verde e azul a variação de temperatura será DT2 = (e2 / K2).(F / A) Como DT = DT1
+ DT2 e representando (e / K)(F/A)
= (e1 / K1)(F/A) + (e2
/ K2)(F/A) Podemos concluir que C é média ponderada entre C1 e C2 tomando como pesos as espessuras e1 e e2. |
Num ambiente onde a temperatura é uniforme e mais baixa que a do nosso corpo quando encostamos a mão numa superfície metálica ela nos parece mais fria que uma superfície de madeira. Qual é o motivo ? CAL060112
Quando tocamos uma superfície a uma temperatura mais
baixa que a do nosso corpo, perdemos calor para esta superfície e
sentimos frio. A sensação de frio será tão mais intensa quanto mais
rapidamente perdemos calor para a superfície. Quando tocamos duas superfícies à mesma temperatura uma de madeira e a outra metálica sentimos mais frio no toque com a superfície metálica uma vez que sendo boa condutora de calor dissipa rapidamente o calor recebido, aumentando a velocidade da troca de calor. |
Qual é o aspecto do gráfico da temperatura ao longo de uma barra onde se propaga calor ? CAL060113
Na barra a área da superfície lateral é grande quando
comparada com a da seção reta, enquanto que na parede é o oposto. Quando o calor se propaga numa barra as perdas laterais de calor não podem ser desprezadas como fizemos no caso da parede. A figura nos mostra que o fluxo através das das seções retas é cada vez menor à medida que nos afastamos das face quente devido às perdas laterais. Como o fluxo é proporcional ao gradiente de temperatura, a redução do fluxo acarreta a redução do gradiente de temperatura e o gráfico da temperatura ao logo da barra será cada vez menos inclinado |