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PROFESSOR THOMPSON JUSTA

TRANSMISSÃO DE CALOR

Definição de Calor: Calor é energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura, sendo sempre transferida do meio mais quente para o meio mais frio.

Tipos de Transmissão: é dada de três maneiras por condução, por convecção e por irradiação.

1. Condução térmica É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos).

São exemplos de isolantes térmicos: água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem, etc.

Aplicações de isolantes térmicos:

Exemplo1: Os iglus, embora feitos de gelo, impedem a condução de calor para o meio externo. Elevando, assim sua temperatura interna.

Exemplo2: As roupas de frio são um exemplo de isolante térmico; o ar que fica retido entre suas fibras dificulta a condução de calor. Os pelos dos animais e a serragem também são bons isolantes térmicos porque retêm ar.

2. Convecção térmica É a propagação de calor com transporte de matéria. Ocorre somente nos líquidos e gases.

Exemplo1: Água no fogo.A água quente na parte inferior,menos densa, sobe, enquanto a água friana parte superior, mais densa, desce.Esse movimento de água quente eágua fria, chamado de corrente deconvecção, faz com que a água seaqueça como um todo.

Exemplo2: Ar condicionado.Para facilitar o resfriamento de umasala, o condicionador de ar deve sercolocado na parte superior da mesma.Assim, o ar frio lançado, mais denso,desde, enquanto o ar quente na parteinferior, menos denso, sobe (correntede convecção).

Exemplo3: Geladeira.Para facilitar o resfriamento da geladeira,o congelador deve ser colocado na partesuperior da mesma. Assim, o ar friopróximo ao congelador, mais denso, desce,enquanto o ar quente na parte inferior, menosdenso, sobe (corrente de convecção).

Exemplo5: Brisa litorânea: De dia, o ar junto à areia se aquece e, por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a água. Assim, forma-se a brisa que sopra do mar para a terra, a brisa marítima.

À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.

3. Irradiação térmica É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). Ocorre inclusive no vácuo.

Exemplo1: A estufa de plantas é feita de vidro, que é transparente à energia radiante do Sol e opaco às ondas de calor emitidas pelos objetos dentro da estufa. Assim, o interior da estufa se mantém a uma temperatura maior do que o exterior.

Exemplo2: Na atmosfera terrestre também ocorre o efeito estufa. O gás carbônico (CO2) e os vapores de água presentes no ar funcionam como o vidro: são transparentes à energia radiante que vem do Sol, mas opacos às ondas de calor emitidas pela Terra. Em virtude do aumento considerável de veículos, indústrias e fontes poluidoras em geral, os níveis de gás carbônico e outros gases têm aumentado na atmosfera terrestre. Isso já provocou um aumento na temperatura média da Terra de 1°C, e previsões para um aumento de 1,8°C a 4°C para os próximos 50 anos.

GARRAFA TÉRMICA:A garrafa térmica tem por finalidade evitar as propagações de

calor. Ela é constituída por uma ampola de vidro com faces espelhadas (as faces espelhadas evitam a irradiação). A ampola tem parede dupla de vidro com vácuo entre elas (o vácuo evita a condução e a convecção). Externamente, uma camada de plástico protege a ampola.

1. (Enem 2013) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.

A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi a) igual no aquecimento e igual no resfriamento. b) maior no aquecimento e igual no resfriamento. c) menor no aquecimento e igual no resfriamento. d) maior no aquecimento e menor no resfriamento. e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.

RESOLUÇÃO: Em relação à garrafa pintada de branco, a garrafa pintada de preto comportou-se como um corpo melhor absorsor durante o aquecimento e melhor emissor durante o resfriamento, apresentando, portanto, maior taxa de variação de temperatura durante todo o experimento.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA E

2. Suponha que uma determinada quantidade de calor ΔQ flua, em regime estacionário, através de uma barra de uma superfície mantida à temperatura T1, para superfície oposta mantida à temperatura T2, nas situações 1 e 2, ilustradas.

A mesma quantidade de calor ΔQ gasta tempos Δ t1 e Δ t2 para atravessar a barra nas situações 1 e 2, respectivamente. A razão Δ t2/ Δ t1 vale: a) ¼ b) ½ c) 2d) 4

RESOLUÇÃO: Sabendo que (1o) ; (2o) que ; e que (3o) Q1 = Q2 (pois o enunciado diz “a mesma quantidade de calor... para atravessar a barra nas situações 1 e 2...”), podemos, então escrever

Aqui cabe uma observação importante: observar que a razão pedida é Dt2 / Dt1, e não Dt1 / Dt2! Isto se torna especialmente importante quanto notamos que nas alternativas aparece 4 e ¼ (o inverso), 2 e ½ (o inverso novamente)! Significa que se você não perceber a ordem pedida no enunciado e calcular o contrário, acabará achando um valor que aparece nas alternativas! Cuidado!!

Detalhes: - k1 = k2, pois a barra é a mesma (mesmo material, portanto) nas duas situações. A barra apenas muda de posição;- Dq 1 = Dq2, pois, observando a figura, vemos que as temperaturas são as mesmas, q1 e q2, dos dois lados da barra, nas duas situações;- A1 = 2 . A2. Veja na figura que a área que o calor vai atravessar na segunda situação corresponde apenas à base do paralelepípedo, enquanto na situação 1, a área correspondia à lateral dele;- e2 = 2 . e1. Veja na figura que o calor atravessa o equivalente à aresta L, na primeira situação, e o equivalente à aresta 2L, na segunda situação;Colocando tudo isso na expressão acima:

RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA D

3. (Uel 2013) O cooler, encontrado em computadores e em aparelhos eletroeletrônicos, é responsável pelo resfriamento do microprocessador e de outros componentes. Ele contém um ventilador que faz circular ar entre placas difusoras de calor. No caso de computadores, as placas difusoras ficam em contato direto com o processador, conforme a figura a seguir.

Sobre o processo de resfriamento desse processador, assinale a alternativa correta. a) O calor é transmitido das placas difusoras para o processador e para o ar através do fenômeno de radiação. b) O calor é transmitido do ar para as placas difusoras e das placas para o processador através do fenômeno de convecção. c) O calor é transmitido do processador para as placas difusoras através do fenômeno de condução. d) O frio é transmitido do processador para as placas difusoras e das placas para o ar através do fenômeno de radiação. e) O frio é transmitido das placas difusoras para o ar através do fenômeno de radiação.

RESOLUÇÃO: O processador e as placas difusoras estão em contato, portanto a transmissão do calor se dá por condução.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA C

4. Deseja-se resfriar um barril de vinho, dispondo-se de uma única pedra de gelo. O resfriamento se dará com MAIOR eficiência na alternativa:

RESOLUÇÃO: O gelo em contato como barril tem a intenção de resfriar o vinho. A porção de líquido assim resfriada, diminui sua densidade tendendo a ir para a parte inferior do barril. Em outras palavras, o ideal é que o resfriamento causado pelo bloco de gelo seja tal que provoque convecção. Sendo assim, o gelo deve ficar SOBRE O BARRIL. Isso já elimina as alternativas A e D.Entre as alternativas B e C, a diferença está – pelo que a figura faz parecer, pelo menos – na área de contato, que parece ser maior em B.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA B

5. (Ufg 2013) Umidade é o conteúdo de água presente em uma substância. No caso do ar, a água na forma de vapor pode formar um gás homogêneo e incolor se sua concentração no ar estiver abaixo do limite de absorção de vapor de água pelo ar. Este limite é chamado de ponto de orvalho e caracteriza a saturação a partir da qual ocorre a precipitação de neblina ou gotículas de água. O ponto de saturação de vapor de água no ar aumenta com a temperatura. Um fato interessante ligado à umidade do ar é que, em um dia muito quente, o ser humano sente-se termicamente mais confortável em um ambiente de baixa umidade. Esse fato se deve ao calor a) recebido pelo corpo por irradiação. b) cedido para a água por convecção. c) recebido do vapor por condução. d) cedido para o vapor por convecção. e) cedido pelo corpo por condução.

RESOLUÇÃO: A superfície externa do corpo está à temperatura maior que a do ar e ambos estão em contato. Quando o ar está mais seco, seu calor específico sensível é menor, absorvendo mais calor do corpo por condução. Isso evita que a pessoa sue, fazendo com que a ela se sinta termicamente mais confortável.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA E

6. O El Niño é um fenômeno ambiental da atmosfera do planeta de grandes proporções. As condições de pressão e temperatura são essenciais para a sua ocorrência. O desenho seguinte é um esquema da circulação atmosférica sobre o Oceano Pacífico entre o Continente Australiano e a região próxima à costa do Peru. O fluxo de superfície mostrado no desenho representa o movimento das massas de ar sobre a superfície do Pacífico.

Em relação às condições climáticas dessa região, presentes na promoção do El Niño, pode-se afirmar quea) a subida de grandes massas de ar nas proximidades do oceano, na costa do Peru, revela uma zona de alta temperatura.b) nas proximidades do oceano, no Continente Australiano, a pressão atmosférica deve ser muito baixa o que justifica a direção do fluxo de superfície.c) nas proximidades da superfície do oceano, na costa do Peru, a pressão atmosférica deve ser muito alta o que justifica a direção do fluxo de superfície.d) o ar nas proximidades do oceano, na costa do Peru, deve ter temperaturas muito baixas.e) o fluxo de superfície dá-se de uma região de temperaturas muito altas para regiões de temperaturas muito baixas.

RESOLUÇÃO: A ‘ascensão do ar’ acontece nas zonas mais quentes, devido à diminuição da densidade do ar, por causa da sua dilatação. De acordo com a figura, isso acontece na região da América do Sul, onde fica o Peru.Analogamente, podemos afirmar que a ‘descida do ar’ acontece nas zonas onde o ar é mais frio, devido ao aumento da densidade do ar, por causa da sua contração. De acordo com a figura, isso acontece na região da Austrália.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA A

7. (Unesp 2013) Por que o deserto do Atacama é tão seco?A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas eletromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos.(Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.)Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS ______________ e a escassez de nuvens na região do Atacama ______________.As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por a) favorece a convecção – favorece a irradiação de calor b) favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor c) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor d) permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa e) dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor

RESOLUÇÃO: Como o ASPS funciona como “tampa”, ele dificulta a convecção e a não formação de nuvens facilita a irradiação.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA C

8. (Enem PPL 2012) Em dias com baixas temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles.A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque a) possui a propriedade de gerar calor. b) é constituída de material denso, o que não permite a entrada do ar frio. c) diminui a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo. d) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico. e) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por condução.

RESOLUÇÃO: A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA C

9. O capim, do tipo elefante, foi importado da África há 100 anos para alimentar o gado em períodos de estiagem. Resistente à seca e capaz de se desenvolver, mesmo em solos pobres, ele foi usado durante décadas por pecuaristas de regiões inóspitas do país. O capim-elefante não precisa necessariamente ser irrigado e é triturado pela mesma máquina que o colhe. Em seguida, o farelo é jogado sem nenhum tratamento prévio diretamente no forno para esse fim. Queimado, produz vapor que movimenta um gerador. A energia resultante é transferida para uma subestação conectada à rede nacional de distribuição elétrica. A conversão de capim-elefante em energia não polui. Mesmo o gás carbônico, CO2, emitido durante a queima da biomassa utilizada, é menor do que o consumido pela gramínea durante todo o seu crescimento. (VARGAS, 2010, p. 112).A Terra recebe continuamente do Sol energia equivalente a 1,3 kW/m2 e em torno de 30% dessa energia é refletida pela atmosfera, não alcançando a superfície do planeta. Sabendo-se que a radiação solar incide perpendicularmente sobre uma área plana de oito hectares de plantio de capim-elefante e que um hectare é igual a um hectômetro quadrado, pode-se afirmar que a energia absorvida pelo capim-elefante, em 10 h de insolação, é aproximadamente igual, em kWh, aa) 1,1 × 104

b) 3,5 × 105

c) 3,9 × 106

d) 7,3 × 105

e) 7,5 × 104

RESOLUÇÃO: - Se 1 hectare é igual a 1 hectômetro quadrado, então 8 hectares é igual a 8 hectômetros quadrados. E 8 hectômetros quadrados é igual a 8 . 104 m2 (pois hecto- = 102).- Se 30% da energia recebida pela Terra é refletida pela atmosfera, então a energia absorvida (pelo capim-elefante) equivale a 70% da energia recebida.- Considerando os dados anteriores, podemos determinar a potência absorvida:70% . 1,3 kW/m2 . 8 . 104 m2 = 7,28 . 104 kW- Finalmente, para o tempo de 10 h, a energia absorvida é7,28 . 104 kW . 10 h 7,3 . 105 kWhRESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA D

10. O fluxo de calor H, através de uma placa de seção reta de área A, submetido a uma diferença de temperatura ΔT = T2 – T1 entre duas faces opostas, distanciadas de L, e dado por:

sendo k a condutividade térmica do material que compõe a placa. A tabela ao lado mostra dados de algumas placas de mesma área A que podem ser encontradas no mercado para isolamento térmico de residências. A placa que proporciona o MAIOR isolamento térmico, para uma mesma diferença de temperatura T2 – T1, e a feita de:a) poliuretano.b) madeira.c) cortiça.d) isopor.

RESOLUÇÃO: Inicialmente é necessário entender que “MAIOR isolamento térmico” significa MENOR fluxo de calor. Depois, interpretando a expressão do fluxo de calor, , e sabendo que todas as placas têm a mesma área A e que estão submetidas à mesma diferença de temperatura T2 – T1, podemos deduzir que o fluxo de calor dependerá, então, apenas da razão .Calculemos, então, a razão para cada um dos materiais da tabela:- - - - Finalmente, comparando os valores encontrados, temos que a menor razão é do isopor. Portanto, dentre os materiais apresentados, o isopor é o que permite o menor fluxo de calor e o maior isolamento térmico.RESPOSTA CORRETA: ALTERNATIVA A

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