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1.3.3 Transferências de energia por calor
Calor e trabalho: Experiência de Joule
A experiência de Joule, mostrou que um aquecimento pode ser feito através de dois processos: calor e trabalho.
O corpo em queda provoca a rotação
das pás dentro de água exercendo
forças sobre esta, isto é, realizavam
trabalho.
A transferência de energia por trabalho
provoca um aumento da temperatura
da água.
A experiência de Joule, permite estabelecer uma equivalência entre calor e trabalho.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Calor e trabalho
No aquecimento de um líquido pode-se usar calor ou trabalho.
Agitando a água realiza-se trabalho, que conduz ao seu aquecimento.
Ambos os processos permitem o aumento da temperatura da água, ou seja, a sua energia
interna aumenta.
Pode-se aquecer a água num fogão, ou seja, através de calor.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Transferências de energia por calor
Transferência de energia por calor
Necessitam de contacto entre os sistemas
Não necessita de contacto entre os sistemas
Condução Convecção Radiação
1.3.3 Transferências de energia por calor
Transferências de energia por calor
Condução térmica
Necessita obrigatoriamente de meio material
para se propagar.
Transferência de energia de partículas mais
energéticas para partículas menos energéticas
através do contacto direto.
Ocorre principalmente nos sólidos.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Transferências de energia por calor
Convecção térmica
Necessita obrigatoriamente de um meio
material para se propagar.
Transmissão de energia através da agitação
molecular e do movimento do próprio meio ou
de partes desse meio.
Ocorre apenas nos fluidos (gases e líquidos).
1.3.3 Transferências de energia por calor
Transferências de energia por calor
Radiação
Não necessita de meio material para se
propagar.
Ocorre através da propagação de luz.
Toda a matéria emite radiação.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação
A transferência de energia por radiação é um fenómeno comum.
Exemplos de transferências de energia por radiação.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação
Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz.
Radiação:
Energia transferida através da propagação de luz
Visível Não visível O Sol é a principal fonte de energia por radiação.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação
Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz.
Quando incide radiação sobre um corpo, a sua energia interna aumenta provocando normalmente o aumento da sua temperatura.
A Terra tem uma temperatura média de cerca de 15 °C, com poucas oscilações. Isso deve-se à emissão contínua de radiação pelo planeta: em média a energia que a Terra absorve proveniente do Sol, e por unidade de tempo, é praticamente a mesma que emite para o espaço por radiação.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação
Todos os corpos sem exceção emitem radiação.
O tipo de radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura.
Aquecimento de uma barra de ferro
A B C
𝑻𝐀 < 𝑻𝐁 < 𝑻𝐂
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação infravermelha
Todos os corpos emitem radiação.
À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha.
Termograma
1.3.3 Transferências de energia por calor
Radiação infravermelha
À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha.
Exemplos de aplicações tecnológicas da emissão de infravermelhos:
Detetores de infravermelhos
Termografia por infravermelhos
Termómetros de infravermelhos
Visão noturna
1.3.3 Transferências de energia por calor
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
A absorção (e emissão) de radiação de um corpo depende da temperatura da sua vizinhança.
Arrefecimento de um corpo (num mesmo intervalo de tempo)
Radiação emitida > Radiação absorvida Radiação emitida = Radiação absorvida
𝑇corpo > 𝑇vizinhança 𝑇corpo = 𝑇vizinhança
1.3.3 Transferências de energia por calor
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos.
Uma superfície branca reflete toda a
radiação visível, não a absorvendo (embora
absorva radiação não visível).
Corpo branco
Mau absorsor de radiação Mau emissor de radiação
Aquece lentamente Arrefece lentamente
As superfícies brancas não absorvem a radiação visível.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Absorção de radiação
Todos os corpos absorvem radiação.
As superfícies pretas absorvem totalmente
a radiação visível, aquecendo bastante.
Corpo preto
Bom absorsor de radiação Bom emissor de radiação
Aquece rapidamente Arrefece rapidamente
Os pavimentos de asfalto e os carros pretos absorvem toda a radiação visível.
A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos.
1.3.3 Transferências de energia por calor
Irradiância, 𝑬𝐫
Permite quantificar a energia que, por unidade de tempo, chega a uma área unitária dessa superfície.
𝑬𝐫 =𝑬
𝑨 ∆𝒕 ⟺ 𝑬𝒓 =
𝑷
𝑨
Unidades SI: W 𝐦−𝟐 𝐉 𝐦−𝟐𝐬−𝟏 Ou
1.3.3 Transferências de energia por calor
Irradiância
Parte da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra.
O valor da irradiância varia com a localização geográfica e com a época do ano.
1367 W m−2
Valor da irradiância média no topo da atmosfera.
Mapa da irradiância solar para a Europa.
Constante solar
1.3.3 Transferências de energia por calor
Painéis fotovoltaicos
Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo - a em corrente elétrica.
Painéis fotovoltaicos.
Os painéis fotovoltaicos são compostos por
um conjunto de células fotovoltaicas.
constituídas por um material semicondutor
(geralmente silício).
Dispositivo que aproveita a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.
Célula fotovoltaica
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