Energia térmica
Energia associada à agitação térmica dos átomos e moléculas de um corpo (ou substância).
Calor
É a transferência de energia térmica de um corpo (ou sistema) para outro, em razão, exclusivamente, da diferença de temperatura entre eles, sempre daquele com maior temperatura, para o de menor temperatura.
Podemos resumir dizendo que o Calor corresponde à Transferência (ou Propagação) da Energia Térmica, ou simplesmente, à Propagação Térmica.
Equilíbrio Térmico
Dois ou mais corpos (ou sistemas físicos) estão em equilíbrio térmico entre si quando suas temperaturas são iguais.
Quando misturamos água “quente” e “fria”, as moléculas da água “quente” fornecem parte de sua energia de térmica para as partículas da água “fria”. A troca de energia só é interrompida quando o equilíbrio térmico é atingido.
O frio: sensação da perda de calor.
Atenção! O “frio” não é uma grandeza física, mas uma sensação dos seres vivos ao perderem energia térmica (calor).
Formas de Propagação Térmica
A energia térmica transfere de um corpo para outro das seguintes formas:
Condução Térmica
A energia térmica se transfere de uma região para outra através da interação direta entre os átomos e moléculas, ou seja, de partícula para partícula.
Calor
Por exemplo, uma barra de metal ao colocarmos uma extremidade no fogo. O calor se propaga com o tempo até a mão de quem a segura.
A condutividade térmica é uma propriedade de todas as substâncias. Representa a capacidade que cada uma delas tem para conduzir o calor através dela.
No slide a seguir, mostramos uma tabela com a quantidade de calor para algumas substâncias.
Isolantes Térmicos
São classificados assim os materiais com baixíssima condutividade térmica. Perceba que não existem isolantes perfeitos.
O ar é um dos melhores isolantes térmicos. É interessante notar que os agasalhos, os cobertores, as penas das aves e pêlos dos animais são eficientes como isolantes térmicos devido ao ar entranhado neles (ou retido por eles).
Embora o gelo não seja um dos melhores isolantes térmicos, ele é abundante no Pólo Norte onde vivem os esquimós, por isso no passado, usavam o gelo para construir seus abrigos (iglus) e se protegerem do ambiente que chega a alcançar temperaturas baixíssimas, evitando a perda de calor.
Condutores Térmicos
São classificados assim os materiais com alta condutividade térmica.
Um bom exemplo do emprego desses materiais é na cozinha.
As panelas são produzidas com certos metais, como cobre, alumínio (bons condutores térmicos) para que o calor passe da chama para o alimento em cozimento.
A colher de pau (madeira), ou aquela com cabo de madeira ou ebonite (isolantes térmicos), não permite que o calor passe do alimento para as mãos da cozinheira (ou cozinheiro).
A convecção térmica
A 2ª forma com que o calor é transmitido, é através da convecção térmica.
Sabe-se que um fluido (líquido, vapor ou gás) ao ser aquecido, sua densidade diminui porque passa a possuir menos moléculas por unidade de volume devido ao aumento da agitação térmica.
Em função da diferença de peso devido à temperatura, ao aquecermos um fluido, a porção aquecida sobe, transmitindo o calor de baixo para cima. Por sua vez, o fluido com temperatura menor desce, e o processo continua enquanto a fonte (chama) fornecer calor.
A convecção térmica explica as brisas, os ventos, os tornados, furacões, ciclones, tufões.
Também o manto liquefeito entre o núcleo aquecido do planeta e a crosta terrestre apresenta correntes de convecção.
As correntes de convecção no manto produz o movimento das placas tectônicas.
A radiação térmica
A 3ª forma com que o calor pode ser transmitido é na forma de ondas eletromagnéticas (radiação).
Todo corpo emiti diversas frequências de radiação em função da temperatura que tem. Este processo se chama irradiação térmica. Como radiações (ondas eletromagnéticas) são pura energia, conforme os corpos irradiam, perdem gradativamente parte de sua energia térmica, e a temperatura diminui também desta forma.
Por outro lado, quando certas radiações são absorvidas por outro corpo, a agitação térmica das moléculas aumenta, ou seja, há transmissão de calor.
As radiações se propagam através de alguns meios materiais transparentes para elas, ou mesmo no vácuo.
O calor da chama chega em nossas mãos na forma de radiações infravermelhas.
O calor chega à Terra na forma de radiações em diversas frequências.
Como todos os corpos irradiam, ainda que não emitam luz visível, certamente emitem radiação infravermelha. Um aparelho pode captar esta radiação e convertê-la em visível. São os equipamentos de visão noturna. Algumas câmeras também fazem isso.
Todo corpo emite e absorve radiação, e a sua temperatura:
- aumenta, se a radiação absorvida for maior que a emitida.
Efeito estufa
Parte da radiação que vem do Sol é refletida pela a atmosfera e na superfície da Terra. O restante é absorvida pela atmosfera, pelos mares, oceanos e o próprio solo.
Quando os mares, oceanos e o solo irradiam, a atmosfera reflete de volta parte dessa radiação, proporcionando uma reabsorção e consequente aumento extra da temperatura do planeta, o que chamamos de efeito estufa.
O que é bom, pois caso contrário o planeta poderia ser muito frio,
Os gases CO2 e metano são os mais importantes contribuintes para este efeito na atmosfera, e que a compõem naturalmente.
O problema é que esses gases também são os mais emitidos nas atividades humanas, principalmente industriais e agropecuárias. Isso tem feito a temperatura média do planeta aumentar além do normal, podendo ter efeitos devastadores no futuro.
Efeito Estufa
A garrafa térmica
O objetivo destas garrafas é dificultar o fluxo do calor:
- de fora para dentro, quando é colocado um líquido frio.
Tampa - Impede a convecção e diminui a condução térmica
Corpo plástico – diminui a condução térmica
Base de apoio – diminui a condução térmica
Vácuo – Impede a condução térmica
Paredes espelhadas – reflete a radiação, não permitindo que saia ou entre.
Considere uma parede que separa�2 sistemas com temperaturas diferentes ( ). Esta parede tem área A e espessura e. Se Q é uma certa quantidade de calor que atravessa a parede num intervalo de tempo , o fluxo de calor ( ) �é então dado por :
No SI, a unidade do fluxo de calor é joule/segundo=watt.
Usualmente nos deparamos também com a caloria/segundo (cal/s), ou ainda kcal/s
O fluxo de calor por condução num material homogêneo é diretamente proporcional à área A da seção transversal atravessada e a diferença de temperatura entre os extremos , e inversamente proporcional à espessura e da camada considerada.� �Esse enunciado é conhecido como lei Fourier, expressa pela equação:
Onde K é a condutividade térmica do material.
Exemplo:��Uma sala de estúdio é mantida à temperatura de 20oC e encontra-se separada do exterior, a 40oC, por uma janela retangular de vidro, de 8,0 mm de espessura, 1,0 m de altura por 1,5 m de largura. Sabendo que a condutividade térmica do vidro é 0,80 W/m.K, qual é aproximadamente o fluxo de calor através da janela de vidro?
�Como o fluxo de calor poderia diminuir?