Embed Size (px)
Citation preview
Termodinâmica – 6
Alexandre Diehl
Departamento de Física - UFPel
TERMO 2
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Definição
Processo gerado num sistema termodinâmico, como resultado de uma diferença de temperatura entre duas porções do sistema.
Condução
Convecção
Radiação
TERMO 3
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Condução
Exige um meio material para a transferência de energia térmica.
Não existe movimento do meio durante a condução.
Os mecanismos responsáveis pela transferência estão ligados às vibrações da rede cristalina e dos elétrons de condução nos metais.
Rede cristalina
Elétrons livres
TERMO 4
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Condução
Exige um meio material para a transferência de energia térmica.
Não existe movimento do meio durante a condução.
Os mecanismos responsáveis pela transferência estão ligados às vibrações da rede cristalina e dos elétrons de condução nos metais.
TERMO 5
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Convecção
É o principal mecanismo de transferência de energia térmica nos fluidos.
É produzida pelo movimento das moléculas do fluido, através das chamadas correntes de convecção.
Fluido aquecido torna-se menos
denso
Fluido libera calor, tornando-se mais
denso
TERMO 6
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Convecção
É o principal mecanismo de transferência de energia térmica nos fluidos.
É produzida pelo movimento das moléculas do fluido, através das chamadas correntes de convecção.
Formulação de Newton para a convecção (empírica):
Coeficiente de convecção:
Depende das propriedades do fluido.
Depende das paredes em contato com o fluido.
TERMO 7
Transferência de calor
Mecanismos (ou processos) de transferência de calor
Radiação
Não necessita de meio material para a transferência da energia térmica.
É produzida pela transferência de energia na forma de radiação eletromagnética.
TERMO 8
Condução
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830)
1822: Lei de Fourier para a condução de calor
Calor flui da região de temperatura mais alta para a região de temperatura mais baixa, sendo proporcional à diferença de temperatura entre as duas regiões.
A quantidade de calor que flui é inversamente proporcional à espessura do condutor.
A quantidade de calor que flui é proporcional à área A de seção transversal do condutor.
A quantidade de calor que flui é proporcional ao intervalo de tempo considerado na condução.
TERMO 9
Condução
1822: Lei de Fourier para a condução de calor
Constante de condutividade térmica do material condutor
Unidades de
kcal/s.m.oC Btu.in/h.ft2.oF
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830)
1 Btu = 778 ft.lb = 252 cal = 1054.35 J
1 lb = 4.4482 N
Gradiente de temperatura
TERMO 10
Características da constante de condutividade térmica
A presença de impurezas reduz a condutividade.
A liquefação reduz o valor da condutividade.
A condutividade em fluidos aumenta com a temperatura.
A condutividade em metais (cobre, prata, ouro) é aproximadamente constante entre 100 e 1000 K.
Condução
TERMO 11
Características da constante de condutividade térmica
A condutividade em metais (cobre, prata, ouro) é aproximadamente constante entre 100 e 1000 K.
Condução
A condutividade em metais aumenta com a redução da temperatura, até um valor máximo, voltando a ser reduzida com o decréscimo da temperatura.
TERMO 12
Lei de Wiedemann-Franz para metais
A condutividade térmica de um metal é proporcional à sua condutividade elétrica , ou seja, um bom condutor de calor também é bom condutor de eletricidade (1853).
Lei de Lorentz (1872)
Condução
TERMO 13
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
A temperatura ao longo do comprimento do condutor depende apenas da posição, ou seja, não é mais função do tempo.
A corrente térmica não depende mais da posição ao longo do comprimento do condutor.
Comprimento do condutor
TERMO 14
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
Resistência térmica ou valor R
Definido em termos da resistência à condução do calor, como no projeto de refrigeração ou aquecimento de uma casa, oferecido pelo condutor.
Depende apenas da espessura L do condutor.
TERMO 15
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
A corrente térmica é a mesma ao longo dos dois condutores.
Temperatura da interface
TERMO 16
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
A corrente térmica é a mesma ao longo dos dois condutores.
Eliminando a temperatura da interface:
Como
TERMO 17
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
A diferença de temperatura é a mesma para os dois condutores.
O que difere um condutor do outro é sua resistência térmica.
A corrente térmica total é a soma das correntes em cada condutor.
Como
TERMO 18
Condução
Regime estacionário ou permanente (steady state)
A diferença de temperatura é a mesma para os dois condutores.
O que difere um condutor do outro é sua resistência térmica.
A corrente térmica total é a soma das correntes em cada condutor.
ou
