propagação de calor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
Instituto de Física
Física Experimental 2
 Física Experimental 2 
Experimento 9 
Propagação de calor 
Alunos: Emylle Isabele Gonçalves
Gessiane Costa
Davi Amorim
Juan Carlos 
Professora: Tereza
 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
Instituto de Física
Física Experimental 2
Física Experimental 2 
Experimento 9
Propagação de calor 
Relatório do Experimento acima citado realizado
no laboratório de Física 2, sob orientação
 do professora Tereza, como requisitado
pela disciplina física Experimental 2.
Maceió – 2018
SUMÁRIO
1. introdução	4
2. Objetivo	6
3.Material	6
4. Procedimento	7
5. Análise, Resultados e Discussão.	9
6. Conclusão	12
1. Introdução
Propagação de calor
Processos de transferência de calor ocorre quando há dois ou mais sistemas, com diferentes temperaturas e cessam quando esses sistemas adquirem equilíbrio. 
Podendo ocorrer em três maneiras:
Figura1: Fonte ufsc.br
CONDUÇÃO:
Quando tocamos a maçaneta da porta, por exemplo, temos a sensação que a maçaneta está mais fria que a madeira da porta, pois a quantidade de calor trocada entre a maçaneta e a mão é maior do que a mão e madeira. 
Exemplos de bons condutores são os metais por isso são usados em confecções de panelas e etc....
Como ocorre a condução?
 Quando fornecemos calor a um corpo através de uma fonte de calor, os átomos aquecem e se movem adquirindo energia cinética até todo o corpo, fazendo com que ela aqueça. 
A diferença entre materiais condutores e isolantes seria, basicamente, a forma de ligação dessas moléculas que podem estar fortemente ou fracamente ligadas. Esses fatores determinam um material ser condutor ou isolante. Também são isolantes térmicos, o ar e o gelo. O ar é utilizado pelos pássaros, no inverno. Eles eriçam suas penas para reter uma camada de ar, isolando o corpo do ambiente. E o gelo é utilizado pelos esquimós na confecção de iglus.
Cada material possui um coeficiente de condutividade térmica, que expressa a quantidade de calor conduzida por segundo através de uma camada de 1m de espessura por 1m2 de área a uma diferença de 1oC na temperatura.
RADIAÇÃO OU IRRADIAÇÃO:
	
	A radiação térmica ou irradiação, é o principal processo de transferência de calor (Ondas eletromagnéticas). Exemplo o Sol é nossa principal fonte de calor 
A radiação térmica é uma onda eletromagnética e está relacionada com a radiação luminosa. Por exemplo, um pedaço de ferro quando possui sua temperatura elevada passa a emitir luz, que passa da vermelha, pela laranja, amarela até a branca emitindo calor. Podemos observar fenômeno semelhante quando acendemos uma lâmpada incandescente. 
Ao contrário dos processos de condução e convecção, a radiação não necessita de meio material para ocorrer, isto é, pode ocorrer no vácuo, pois é uma onda eletromagnética.
Não apenas os corpos aquecidos emitem radiação, mas todos os corpos emitem energia radiante continuamente, a menos que estejam a zero kelvin ou zero absoluto que é a temperatura mais baixa possível. 
CONVECÇÃO:
	Transferência de calor que ocorre através de deslocamento de camadas de fluidos.
É o que ocorre com a água em uma panela no fogo. A fonte de calor (chama) aquece a água, que se torna menos densa e sobe devido ao empuxo, enquanto a água da parte superior, que está mais densa que a de baixo, desce. Assim, uma corrente de massa de água se forma no interior da panela e ocorrendo deslocamento de camadas ou de massa de fluido, no caso a água. E essa corrente de convecção irá ocorrer enquanto houver diferença de temperatura entre as moléculas do fluido
Também afetam o clima. As correntes de ar que se movimentam das regiões mais aquecidas e de baixa pressão para as regiões mais frias e de alta pressão. Quando correntes de ar colidem - como as que se movem das regiões polares em direção ao Equador e as correntes em sentido inverso, chamadas de tropicais, que em geral são quentes e úmidas - ocorrem tempestades. Essas massas de ar, quentes e frias são as chamadas frentes quentes e frias.
2. Objetivo
Reconhecer as três formas de propagação de calor bem como caracteriza-las;
Verificar o sentindo do fluxo térmico;
Compreender o funcionamento de uma garrafa térmica.
3.Material
	Material
	Quantidade
	Identificação 
	Suporte para lâmpada
	1
	 1
	Suporte em “L” para a ventoinha
	1
	 2
	Ventoinha
	1
	 3
	Haste de sustentação
	1
	 4
	Suporte tripé
	1
	 5
	Corpos de prova (branco e preto)
	3
	 6
	Lamparina a álcool
	1
	 7
	Termômetro
	2
	8
	Tarugo
	4
	9
	Barras metálicas com furos (latão, cobre e alumínio)
	3
	10
	Vela 
	1
	-
	Pano
	1
	-
 Quadro 1: materiais utilizados no experimento. 
Obs.: o pano e a vela foram compartilhados com outros grupos.
10
9
8
7
6
5
3
2
1
4
Figura 2: materiais utilizados no experimento. Fonte: autor.10
9
8
7
6
5
3
2
1
4
4. Procedimento
Parte 1 (Condução):
 
 1.Monte o arranjo experimental conforme a figura 3;
Figura 3: Montagem experimental para estudo de adição de vetores. Fonte: Manual de instruções “Propagação de calor”, edutec;
2. Trocar as hastes e repetir o experimento;
3. Anotar os tempos de desprendimento para cada haste
4. Desertar se Houve diferença no uso das três hastes? Em caso afirmativo qual?
 5. Em que sentido se propaga o calor? Com base na resposta, seria possível que o ultimo tarugo se desprendesse antes do primeiro?
Parte 2 (Irradiação):
 1.Monte o arranjo experimental conforme a figura 4;
Figura 4: Arranjo experimental para o experimento de irradiação. Fonte: autor
2. Com a lâmpada desligada, verificar e anotar a temperatura inicial dos corpos.
 3. Ligar a lâmpada e anotar na tabela abaixo os valores das temperaturas indicadas nos termômetros para cada intervalo de tempo.
 4. Com base nas observações, o que se pode concluir sobre o aquecimento entre os corpos branco e preto?
 5. Desligar a lâmpada e observar o que ocorre com a temperatura em cada corpo registrando na tabela os valores correspondentes para cada intervalo de tempo.
 6. Com base nas observações, o que se pode concluir sobre o “resfriamento” entre os corpos branco e preto?
 
Parte 3 (Convecção):
 1. Posicionar a ventoinha sobre a lâmpada usando o suporte em “L” como na imagem abaixo;
Figura 5: Arranjo experimental para o experimento de convecção. Fonte: autor
 2. Certifique-se que a ventoinha esta nivelada e sobre o centro da lâmpada;
 3. Ligar a lâmpada e observar o comportamento da ventoinha. Descreva o que foi observado apresentando argumentos físicos para o movimento da ventoinha.
 
5. Análise, Resultados e Discussão.
 Parte 1 (Condução):
Nós fixamos os tarugos nas barras com parafina, em seguida ascendemos a lâmpada com álcool colocamos a mesma na ponta da barra. A partir daí começamos a cronometrar, e observamos que: 
	Barras
	T1
	T2
	T3
	T4 (T final )
	Cobre 
	27,38s
	44,9s
	1:05 min
	1:30 min
	Latão 
	41,98s
	1:15 min
	2:02 min
	2:54 min
	Alumínio 
	27,06s
	47,27s
	1:08 min
	1:37 min
Quadro 2: resultados encontrados no experimento da parte 1.
O tempo gasto para os quatros tarugos caírem na barra de cobre foi de 1:30 min, a de latão foi de 2:54 min, já a de alumínio levou um tempo de 1:37 min. Pôde-se observar que a barra de cobre levou menor tempo, comparado com as demais.
 O cobre também tem uma condutividade térmica maior comparados com as dos outros matérias sendo 398 W/(m*K) de condutividade. Já barra de latão levou umtempo maior para que todos os tarugos se desprendessem, por ter sua condutividade térmica de 60 – 100 W/(m*K), por este motivo foi a barra que mais demorou, mostrando-se um condutor menos eficiente. 
A barra de alumínio tem sua condutividade térmica melhor que a do latão, sendo de 237 W/(m*K), porém melhor que a de cobre, apesar de ter diferenças mínimas de tempo, sendo o ∆t = 7min de diferença. Nós refizemos o procedimento mais duas vezes, porém a diferença de tempo continuou sendo pequena entre as barras. 
Parte 2 Radiação ou irradiação: 
Medimos a temperatura inicial do ambiente, ascendemos a lâmpada, e colocamos os corpos (preto e branco) onde a radiação aqueceriam esses corpos. E cronometramos em um espaço de tempo de 10min qual a diferença que um corpo levaria para aquecer em relação ao outro. E em seguida, qual a diferença que o corpo iria resfriar em relação ao outro corpo, e observamos que:
Temperatura ambiente t∙ = 26°c
	
Tempo para aquecer
	Corpo 
	0 min
	2 min
	4min 
	6 min
	8 min
	10 min
	Preto 
	26°c
	34°c
	42°c
	49°c
	54°c
	59°c
	Branco 
	26°c
	33°c
	39°c
	44°c
	48°c
	51°c
Quadro 3: resultados encontrados no experimento da parte 2.
	
Tempo para resfriar
	Corpo 
	0 min
	2 min
	4min 
	6 min
	8 min
	10 min
	Preto 
	59°c
	55°c
	50°c
	45°c
	43°c
	40°c
	Branco 
	51°c
	48°c
	45°c
	42°c
	40°c
	38°c
Quadro 4: resultados encontrados no experimento da parte 2.
Sabemos que no processo de radiação o a propagação de calor não necessita de um meio material. E que todo corpo emite e absorve radiação.
Entendemos também que os objetos que ao serem submetidos a um espectro de luz branca e conseguir e emitir essa luz de volta seria um refletor, e um outro objeto que recebe a mesma luz não consegue emitir essa luz de volta é um absorvedor. 
	 Por isso ao registrarmos as temperaturas os corpos começaram a aquecer, porém as variações de temperatura foram diferentes do corpo preto para o corpo branco. Onde o corpo preto aqueceu mais em relação ao corpo branco. (Isso no aquecimento).
	 Quando desligamos a lâmpada observamos os corpos se resfriarem. Onde o corpo preto continuo sempre com a temperatura maior do que o corpo branco, devido ao poder refletor, as oscilações de temperatura no espaço de tempo, foram menores do que as do corpo preto. 
	 Os corpos também não voltaram a temperatura inicial do experimento, isso se dá pelo fato de que se leva um determinado tempo para que eles voltem ao equilíbrio com o ambiente. 
Parte 3 (Convecção): 
Ascendemos a fonte, onde a ventoinha estava posicionada acima da lâmpada. E a ventoinha começou a girar, no sentido horário. 
O processo de convecção é a transferência de calor pelo deslocamento do fluido. Neste caso tínhamos uma fonte que começou a aquecer o ar (fluido), onde sua densidade diminuiu e fez com que ele subisse, sabemos também que massa não pode ser empilhada ou destruída, então o ar frio que estava acima desceu. Essas trocas de massas de ar, mais densas e menos densas, fizeram com que a ventoinha se movimentasse, pois, a troca provoca um turbilhão nesse sistema.
 Essa corrente de convecção irá ocorrer até quando houver diferença de temperatura entre o fluido. 
6. Conclusão
Deste modo, o experimento comprovou a teoria nas três formas de propagação de calor. E notamos que:
 No processo de condução comprovamos que quando fornecemos calor para o corpo, no nosso caso (latão cobre e alumínio) os átomos aquecem adquirindo energia cinética, fazendo as partículas colidirem entre si, o grau de agitação das moléculas faz com que o corpo aqueça, e dependendo do seu material, e a agitação das moléculas dependem da condutividade térmica de cada material, ou seja no experimento o latão tem uma condutividade térmica menor foi o que demorou mais para propagar o calor e derrubar os tarugos. 
Já no processo de radiação foi possível observar a diferença de aquecimento e resfriamento nos corpos reto e branco, e percebemos que o corpo preto absorve de forma mais rápida que o corpo branco, seguindo exatamente como dia a teoria, onde o corpo preto absorve calor, já o corpo branco ele reflete. 
Por fim no processo de convecção também tivemos coerência. A diferença de temperatura entre os fluidos fez com que ocorresse turbulência, movimentou a ventoinha. 
Referências Bibliográficas
[1] INSTITUDO DE FÍSICA- UFGRS
[2] MENDES-Absorção de Luz por Corpos Escuros, p.1.