UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS - UFAL

INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA - IQB

QUÍMICA BACHARELADO

FÍSICA EXPERIMENTAL 2

EXPERIMENTO 7 – PROPAGAÇÃO DE CALOR

Relatório dos experimentos

acima citados realizados no

laboratório de física 2, sob

orientação da professora

Socorro Pereira, como requisito

para avaliação da disciplina

Física Experimental 2.

Maceió, 2013

1

ÍNDICE

OBJETIVOS 3

MATERIAL E PROCEDIMENTOS UTILIZADOS 4

INTRODUÇÃO TEÓRICA 7

RESULTADOS E DISCUSSÃO 9

CONCLUSÃO 11

REFERÊNCIAS 12

2

OBJETIVOS

Reconhecer as três formas de propagação de calor bem como caracterizá-las;

Verificar o sentindo do fluxo térmico;

Compreender o funcionamento de uma garrafa térmica.

MATERIAL E PROCEDIMENTOS UTILIZADOS

3

Materiais

Suporte tripé;

Haste de sustentação;

03 barras metálicas com furos (latão, cobre e alumínio);

03 escartilhas;

Lamparina a álcool;

Suporte para lâmpada;

Ventoinha;

Suporte em “L” para a ventoinha;

Termômetro;

02 corpos de prova (branco e preto);

Pano.

Procedimentos

Condução

1. Foi montado o experimento conforme a figura 1;

Figura 1 - Arranjo experimental para o experimento de condução térmica.

Fonte: Retirada do roteiro de aulas de Física Experimental II - UFAL/Lab. Ens. Física.

2. Foram colocadas três escartilhas nos furos da haste metálica conforme figura

acima (no experimento os palitos de fósforo foram substituídos por escatilhas);

4

3. Em seguida, foi acesa a lamparina e posicionada sob a extremidade livre da

haste;

4. Foi verificado o que ocorreu com as escartilhas.

5. Logo após, as hastes foram trocadas e o experimento repetido.

Convecção

1. Foi colocada a lâmpada no bocal e posiciona a ventoinha como na figura 2;

Figura 2 - Arranjo experimental para o experimento de convecção.

Fonte: Retirada do roteiro de aulas de Física Experimental II - UFAL/Lab. Ens. Física.

2. Foi certificado que a ventoinha esta sobre o centro da lâmpada e, em seguida,

esta foi ligada e observado o que aconteceu com a ventoinha.

Irradiação

1. Foi montado o experimento conforme a figura 3 observando-se que o bulbo do

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termômetro ficou sobre o centro da lâmpada;

Figura 3- Arranjo experimental para o experimento de irradiação.

Fonte: Retirada do roteiro de aulas de Física Experimental II - UFAL/Lab. Ens. Física.

2. Foi medida e anotada a temperatura inicial do corpo de prova negro, em seguida

a lâmpada foi ligada por cinco minutos;

3. Após ser desligada a lâmpada foi, novamente, medida a temperatura do corpo de

prova branco, isto é, a temperatura final.

4. Após a diminuição da temperatura do termômetro os procedimentos 2 e 3 forma

repetidos para o corpo de prova negro.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

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A troca de energia entre um sistema e o seu ambiente é a energia térmica, que é a

soma das energias cinética e potencial, associada aos movimentos aleatórios dos

átomos, moléculas e outros corpos microscópicos que fazem parte do objeto. A energia

interna transferida é chamada calor e é simbolizada por Q.[1]

Calor é a energia que é transferida entre um sistema e seu ambiente, devido a

uma diferença de temperatura que existe entre eles. Existem três mecanismos de

transmissão, os quais são mostrados na figura 4.

Figura 4- Exemplos dos três mecanismos de transmissão de calor.

Fonte: http://www.feiradeciencias.com.br/sala18/18_05.asp

Se você deixar no fogo um objeto de metal que esteja segurando, sua mão

começará a esquentar. A energia é transferida por condução pelo objeto de metal. Isto

acontece porque a amplitude da vibração de átomos e elétrons do metal, no extremo

mais quente, tem valores relativamente grandes, refletindo a elevada temperatura do seu

ambiente. Essas amplitudes aumentadas de vibração são transmitidas através do metal,

de átomo para átomo, durante colisões entre átomos adjacentes. Dessa forma, a região

de temperatura em elevação até a sua mão. [1]

Quando você olha para a chama de uma vela ou de um fósforo, está olhando

para a energia calorífica sendo transportada para cima por convecção. Esse tipo de

transferência ocorre quando um fluido, como o ar ou a água, está em contato com um

objeto cuja temperatura é igual a sua. A temperatura do fluido em contato com o objeto

7

quente aumenta e o fluido se expande. Como se torna menos denso que o fluido frio à

sua volta, o quente sobe devido as forças de empuxo. O fluido frio desce, para ocupar o

lugar do quente ascendente, e uma circulação convectiva se estabelece. [1]

A irradiação térmica é o processo mais importante, pois sem ela seria

praticamente impossível haver vida na Terra. É por irradiação que o calor liberado pelo

Sol chega até a Terra. Outro fator importante é que todos os corpos emitem radiação, ou

seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do

material de que é feito o corpo e de sua temperatura. Portanto, o processo de emissão de

ondas eletromagnéticas é chamado de irradiação. A garrafa térmica é um bom exemplo

de irradiação térmica. A parte interna é uma garrafa de vidro com paredes duplas,

havendo quase vácuo entre elas. Isso dificulta a transmissão de calor por condução. As

partes interna e externa da garrafa são espelhadas para evitar a transmissão de calor por

irradiação.[2]

RESULTADOS E DISCUSSÕES

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Condução

A tabela 1 apresenta os tempos que as escartilhas levaram pra cair em cada

haste, isto é, cobre, alumínio e latão; quando o sistema começou aquecer após alguns

minutos as escartilhas começaram a cair.

Tabela 1- Tempo que as escartilhas levaram pra cair em cada haste.

Hastes Tempos (s)

T1 T2 T3

Cobre 24,05 39,40 58,52

Alumínio 35,57 56,32 74,00

Latão 37,47 66,05 95,39

O que leva as escartilhas a caírem é a propagação de calor por meio do

fenômeno de condução; a haste que estava á temperatura ambiente foi aquecida em uma

extremidade, o aquecimento não ocorreu de forma completa e imediata, mas ao longo

de alguns minutos o calor se propagou, gradativamente, por toda a haste. Logo, como o

calor se propaga da extremidade inicial onde há a lamparina até a extremidade final, não

seria possível que a escartilha 3 caísse antes que a 1 e a 2.

A diferença do tempo para cada haste acontece devido a transferência de calor

que ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da constituição atômica do

material e do seu coeficiente de condutividade térmica, que expressa a quantidade de

calor que cada composto é capaz de conduzir, o cobre tem 401W/m.K, o alumínio tem

235 W/m.K e o latão tem 109 W/m.K, ou seja, materiais que possuem grande, isto é,

alto valor do coeficiente de condução, transferem mais calor.

Convecção

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Foi observado que após o aquecimento da lâmpada, alguns minutos depois, a

ventoinha começou a girar isso acontece devido à propagação de calor por convecção.

Onde a ventoinha estava a temperatura era mais baixa do que a temperatura

próxima da lâmpada, isto é, o ar que estava próximo da ventoinha por ser mais frio fica

mais denso e desce; o ar mais quente, próximo da lâmpada, sobe por ser menos denso,

fazendo assim, a ventoinha girar.

Irradiação

O corpo preto tinha inicialmente 28 °C, á temperatura ambiente, o corpo branco,

inicialmente, tinha 28 °C. A lamparina foi aproximada dos dois corpos, após alguns

minutos, a temperatura do corpo preta estava à 37 °C e a do corpo branco á 35 °C, essa

diferença de temperatura deve-se a cor dos corpos, isto é, o corpo preto quando

aquecido absorve mais radiação do que o corpo branco.

E por isso que no verão o ideal é usarmos roupas claras, porque as cores claras

refletem a luz, no caso, solar e as cores escuras absorvem a luz, assim o aumento de

temperatura provocada pela incidência dos raios solares nas roupas escuras é muito

maior, enquanto que as roupas claras, sem absorver luz, são mais fracas.

Um exemplo que envolve os três tipos de propagação de calor é a garrafa

térmica, pois ela é construída de forma que os três processos de propagação de calor

sejam reduzidos ao máximo. Entre suas paredes há o vácuo, o qual impede a propagação

do calor por condução. Estas são espelhadas tanto internamente quanto externamente,

de forma que os raios infravermelhos sejam refletidos e por último temos a tampa. Esta

última quando bem fechada evita o processo de propagação por convecção. [3]

CONCLUSÃO

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Por meio do experimento foi possível reconhecer, compreender e caracterizar

processos de diferentes formas de propagação de calor, condução, convecção e

irradiação. Foi observado que haja transferência de calor entre dois corpos é necessário

que ambos possuam diferentes temperaturas, pois dessa forma, o calor fluirá sempre do

corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

Na propagação por condução foi observado que um dos fatores que influenciam

na transferência de calor é o coeficiente de condutividade térmica do material aquecido,

isto é, materiais que possuem grande capacidade de condução transferem mais calor. Foi

possível observar que a convecção é a forma de propagação que ocorre principalmente

nos fluidos, líquidos e gases.

Na transmissão de calor por irradiação, foi observado que corpos negros

absorvem calor com mais facilidade. Esta é a forma de propagação de calor que não

necessita de um meio material, pois esse tipo de propagação ocorre através dos raios

infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas.

REFERÊNCIAS

11

[1] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.;.Fundamentos de Física  vol 2, 8º

ed, editora LTC, Rio de Janeiro ,2009.

[2] MARQUES, D.; Disponível em:

< http://www.brasilescola.com/fisica/processo-propagacao-calor.htm > , acesso

em 14 de março de 2013 às 19:08 horas.

[3] SANTOS, M. A. S.; Disponível em:

< http://meuartigo.brasilescola.com/fisica/conducao-conveccao-irradiacao.htm >

, acesso em 14 de março de 2013 às 19:15 horas.

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