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