O documento discute os conceitos fundamentais de transmissão de calor, incluindo:
1) As formas de transferência de calor: condução, convecção e irradiação.
2) A definição de calor como energia transferida devido à diferença de temperatura.
3) As propriedades dos corpos quentes e frios durante a troca de calor.
4. Calor
É a energia TRANSFERIDA de um corpo para
outro, exclusivamente devido à diferença de
temperatura existente entre os corpos.
5. Corpo quente e corpo frio
características
Corpo Quente
• Cede calor
• Perde calor
• Libera calor
Corpo frio
• Recebe calor
• Ganha calor
• Absorve calor
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
• Estando os corpos isolados da influência de outros corpos, o
calor cedido pelo corpo quente é inteiramente absorvido pelo
corpo frio.
A TROCA DE CALOR NÃO É INFINITA
• Decorrido algum tempo, os corpos atingem o equilíbrio térmico,
isto é, suas temperaturas se igualam.
6. Quantidade de calor (Q)
Para avaliarmos a quantidade de calor cedida
entre dois corpos, utilizamos a grandeza
denominada quantidade de calor, simbolizada
por Q.
7. Unidades de Calor
• No Sistema Internacional de Unidades (SI), a
unidade utilizada para quantidade de calor é a
unidade Joules (J)
• Por razões históricas, no entanto, usamos até
hoje, outra unidade de quantidade de calor, a
Caloria (cal).
8. Quilocaloria (kcal)
Uma quilocaloria é a quantidade de calor necessária para elevar
a temperatura de 1 quilograma de água de 14,5ºC a 15,5ºC, sob
pressão norma.
Caloria (cal)
Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de um grama de água de 14,5ºC a 15,5º, sob
pressão normal.
Múltiplo da caloria é a quilocaloria.
1 kcal 1000 cal
9. Caloria e joule (J)
1 cal = 4,186 J
1 J = 0,2388 cal
1 BTU = 252 cal = 1055 J
13. Calor sensível
É a quantidade de calor necessária para alterar a
temperatura de um corpo.
14. Capacidade Térmica de um Corpo
Vamos idealizar uma experiência
usando uma fonte de potência
constante e igual a 10 cal/s.
Vamos anotar:
• Tempo de aquecimento
• Quantidade de calor fornecida
• Variação de temperatura
16. Capacidade Térmica de um Corpo
Analisando, o gráfico ao lado,
observamos que para cada 100 cal
recebidas, a temperatura varia
8ºC. Portanto, essa relação
constante entre a Quantidade de
calor Q e a respectiva Variação de
temperatura T é uma grandeza
característica do corpo em
questão, denominada Capacidade
térmica.
17. Capacidade Térmica de um Corpo ou
Capacidade Calorífica
Logo, como existe uma relação constante entre a quantidade de calor Q e a
respectiva variação de temperatura ∆𝜃 é uma grandeza característica do
corpo ou em questão.
𝐶 =
𝑄
∆𝜃
Onde:
C – Capacidade Térmica e ∆𝜃 – Variação de Temperatura
Unidade:
• Caloria por grau Celsius (cal/ºC)
• Caloria por kelvin (cal/K)
18. Capacidade Térmica de um Corpo ou
Capacidade Calorífica
Para o exemplo, a capacidade térmica do corpo será:
𝐶 =
100 𝑐𝑎𝑙
8 º𝐶
∴ C = 12,5 cal/ºC
Significa dizer que serão necessários acrescentar 12,5 calorias ao
corpo para que sua temperatura varie 1ºC.
Conceito Final:
Capacidade Térmica – é a quantidade de calor necessária para
que ocorra a variação de 1ºC ou 1K na temperatura do corpo.
21. Problemas
Fornecendo a um corpo de massa 1,0 kg uma quantidade de
calor igual a 5,0 kcal, sua temperatura aumenta de 20ºC para
60º, sem, contudo, mudar o estado de agregação. Determina:]
a)Sua capacidade térmica
b)O calor específico da substancia de que é constituído o corpo
Resolução:
Capacidade Térmica: 𝑪 =
𝑸
∆∅
m = 1,0 kg Q = 5,0 kcal T1 = 50ºC T2 = 60ºC
𝐶 =
5,0 𝐾𝑐𝑎𝑙
60−50
C = 0,5 kcal/ºC
Calor específico: c =
𝑪
𝒎
=
0,5 kcal/ºC
1,0 𝑘𝑔
= 0,5 kcal/ºC
22. Cálculo da Quantidade de Calor
Sensível (Q)
1º) Da definição da Capacidade Térmica de um Corpo
2º) Da definição de Calor específico
23. Equação do calor sensível
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆∅
Onde
Q – quantidade de calor
c – Capacidade Térmica de um corpo
∆∅ - diferença ou variação de temperatura
24.
25.
26.
27. Problemas
Calcule a quantidade de calor a ser fornecida a
200 g de uma substancia para que ela se aqueça
a 50ºC, sem mudança de estado. Seu calor
específico é 0,80 cal/gº C.
Resolução: Q = m. c. ∆∅
Sendo:
M = 200 g c = 0,80 cal/gºC ∆∅ = 50ºC
Q = 200 . 0,80 . 50 Q = 8.000 cal ou Q = 8,0 kcal
31. Leis
• As substancias possuem uma temperatura fixa
de fusão e uma temperatura fixa de
vaporização;
• Para uma mesma substancia a uma dada
pressão, a temperatura de solidificação
coincide com a de fusão, bem como a
temperatura de liquefação coincide com a de
vaporização.
34. Calor Latente
• È a quantidade de calor necessária para que
uma substancia sofra uma mudança de
esatado físico.
Q = m. L
Onde
Q = quantidade de calor latente
L = calor latente (cal/g) ou (kcal/kg)
35. Problemas
Determine a quantidade de calor para fundir um bloco de gelo
de massa 500 g que se encontra a OºC. É dado o calor latente de
fusão do gelo 80 cal/g. A pressão é normal.
Resolução:
Q = m . L
Sendo m = 500 g; Lf = 80 cal/g
Q = 500 . 80
Q = 40. 000 cal ou Q = 40 kcal
36. Princípio Geral das Trocas de Calor
Quando dois ou mais corpos trocam calor entre
si até ser atingido o equilíbrio térmico, é nulo o
somatório das quantidade de calor trocadas.
Q1 = -100 cal
Q2 = +100 cal
Q1 + Q2 = 0
37. Problemas
Misturamos massa iguais de água fria a 10ºC e de água quente a
90ºC. Qual a temperatura de equilíbrio térmico?
Resolução:
T =
10+90
2
T = 50ºC
38. Diagrama de fases
• O estado de uma substancia depende dos
valores da sua temperatura e pressão.
• O diagrama de fases representa todas as
situações possíveis para uma substância.
39. Diagrama de fases
O estado de uma substancia depende dos valores da sua temperatura e
pressão.
O diagrama de fases representa todas as situações possíveis para uma
substância
42. O ponto está situado na curva de vaporização (ou condensação). Isso significa que a
substância poderá coexistir nas fases líquida e gasosa. Mas, também a substância
pode existir somente na fase líquida ou somente na fase gasosa.
43. A temperatura de 10ºC e a pressão de 2 atmosferas correspondem ao ponto triplo
(Ponto T). Poderemos então ter a coexistência das fases sólida, líquida e gasosa.
Mas, isso não quer dizer que necessariamente haja as três fases. Poderemos ter
apenas uma das fases ou apenas duas fases.
44. Sob pressão de 3 atmosferas, a mudança de temperatura de 30ºC oara 50ºC
corresponde à passagem do ponto R para o ponto S da figura b, isto é, corresponde
a uma passagem do estado líquido para o estado de vapor. Portanto, houve uma
vaporização.
46. Condução Térmica
• É a forma de transferência de calor em que a
energia é transferida de partícula para
partícula, através da agitação atômico-
molecular.
• Essa forma de transferência de calor ocorre
nos sólidos
47. Bons e maus condutores de calor
Bons condutores
Materiais que tem facilidade em transferir os calor. Ex: metais
Maus Condutores
Materiais que tem dificuldade em transferir calor, chamados de
isolantes térmicos.
Ex: lâ de vidro, isopor, etc
48. Lei de Fourier
Calcula o fluxo de calor que atravessa um material sólido plano, uma parede
ou uma placa, de acordo com a capacidade de conduzir calor do material.
∅ = 𝐾.
𝐴. ∆𝜃
𝐿
Onde:
∅ é o fluxo de calor
K coeficiente de condutibilidade térmica do material
∆𝜃 = Variação de temperatura
L = comprimento da parede
49. Lei de Fourier
Calcula o fluxo de calor que atravessa um material sólido plano,
uma parede ou uma placa, de acordo com a capacidade de
conduzir calor do material.
50. Calcule o fluxo de calor que atravessa uma parede de 1,0 m de
comprimento e uma área de 20 𝑐𝑚2
, que tem em uma de suas
extremidades a temperatura de 0ºC e na outra extremidade a
temperatura de 100ºC. O coeficiente de condutibilidade térmica da
parede é de 0,50cal/s.cm.ºC.
DADOS: K = 0,50 cal/s. cm. ºC, L = 1,0 m = 100 cm, A = 20 𝑐𝑚2
∆𝜃 = 100 ºC – 0ºC = 100 ºC
∅ = 𝐾.
𝐴.∆𝜃
𝐿
= ∅ = 0,50.
20 𝑐𝑚2. 100 º𝐶
100
∴ ∅ = 10 cal/s
51. Convecção
É um processo de propagação de energia
térmica que ocorre apenas nos fluidos, isto é
nos líquidos, gases e vapores.
52. Correntes de convecção
É o movimento das partículas que acontece por diferença de
densidade entre as diversas partes do fluido, causada pela diferença de
temperatura.
Assim, quando um líquido é aquecido por sua parte inferior, as
partículas do fundo se tornam mais quentes, menos densas e sobem;
as da parte superior, relativamente mais fria e menos densas, descem.
Então, este sobe e desce de partículas formam as correntes de
convecção.
56. Irradiação Térmica
As ondas eletromagnéticas podem se apresentar
sob diversas formas:
• Luz visível
• Raios X
• Raios ultravioletas
• Raios infravermelhos
• Etc.
Dessas, as ondas eletromagnéticas que apresentam
efeitos térmicos mais acentuados são os raios
infravermelhos.
57. Irradiação Térmica
É a emissão de raios infravermelhos por um corpo,
verificando-se que quanto maior a temperatura,
maior a intensidade de energia irradiada.
Poder Emissivo (E) de um corpo é a relação entre a
potência emitida e a área da superfície emitente
(A).
𝐸 =
𝑃
𝐴