UNIDADE DE ENSINO SUPERIOR DOM BOSCO – UNDB

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ALEXANDRE COSTA LIMA

MÁRCIA KERLE GARCIA SILVA

RENATA VERÍSSIMO CARDOSO LIMA

RELATÓRIO 8

OS MEIOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR (MEIOS DE TRANSMISSÃO, TRANSFERÊNCIA DE CALOR).

São Luís - MA2012

ALEXANDRE COSTA LIMA

MÁRCIA KERLE GARCIA SILVA

RENATA VERÍSSIMO CARDOSO LIMA

RELATÓRIO 8

OS MEIOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR (MEIOS DE TRANSMISSÃO, TRANSFERÊNCIA DE CALOR).

Relatório de experimento apresentado à

disciplina de Física Experimental II do 3º período

do Curso de Engenharia Civil, da Unidade de

Ensino Superior Dom Bosco, ministrado pelo Prof.

Samuel.

São Luís - MA

20121 INTRODUÇÃO

Termologia é a parte da Física que estuda o calor e suas aplicações. O calor, também

denominado energia térmica, é consequência do movimento vibratório das moléculas ou

partículas de um corpo. Quanto maior o movimento vibratório mais quente é o corpo.

O calor é energia em trânsito que ocorre devido a uma diferença de temperatura.

Assim, existindo qualquer diferença de temperatura em um meio ou entre meios ocorrerá à

transmissão de calor de um ao outro. O sentido de propagação de calor ocorre sempre do

corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

Quando temos dois corpos com temperaturas diferentes, a tendência é que essa

diferença de temperatura deixe de existir, pois há entre os corpos uma transferência de calor

que faz com que a temperatura dos corpos fique em equilíbrio. A transferência de calor citada

anteriormente pode ser apresentada de três maneiras distintas: Condução, convecção e

irradiação, cuja primeira e a segunda será abordada nesta etapa da prática.

Condução: ocorre através de um sólido ou de um fluido estacionário.

Convecção: Parte de uma superfície para um fluido em movimento.

Irradiação: Troca líquida de calor entre duas superfícies.

Figura 01: Ilustração dos meios de transferência de calor.

2 OBJETIVO

Realizar o experimento a fim de que os alunos do curso de Engenharia Civil da UNDB

tenham conhecimento sobre os meios de propagação de calor, ou seja, como o calor se

transfere de um meio ao outro, identificando, comparando e classificando as formas de

transferência de calor, reconhecendo que o calor, para se propagar, precisa que haja diferença

de temperatura entre as regiões de escoamento, mencionando, ainda, que o fluxo térmico

sempre se dá no sentido das temperaturas decrescentes.

3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.1 Material

Figura 02: Material utilizado na realização do experimento.

01 base principal;

05 corpos de prova esféricos de aço;

01 lâmina suporte em aço inoxidável;

01 biombo protetor e canalizador, com suporte de termômetro e janelas de entrada;

01 lamparina;

01 vela;

01 caixa de fósforos.

3.2 Montagem

A montagem do material deve ser feita baseada na figura que segue:

Figura 03: Montagem do material utilizado no experimento.

Inicialmente a lâmpada foi mantida desligada, utilizando apenas a vela como fonte

térmica.

Os corpos de prova esféricos foram presos com cera de vela a uma distância de 2 cm

entre as esferas.

A lâmina com as esferas fixas foi virada para baixo, e colocada 20 mm acima do pavio

da vela.

3.3 Verificações Experimentais

O experimento iniciou-se ascendendo uma vela, onde a posicionamos na extremidade

da haste metálica e daí observou. Após alguns segundos as esferas foram caindo uma a uma,

sucessivamente em ordem crescente.

Figura 04: Lâmina com esferas sendo aquecida para verificação da transferência de calor por condução.

O fato de a energia térmica penetrar na extremidade da lâmina mostra que o calor foi

conduzido por toda a superfície, fazendo com que as esferas desprendessem-se

sucessivamente.

A importância de nós utilizarmos esses dois materiais (cera e esferas) no experimento

é devido à cera servir como uma cola para prender as esferas na lâmina e também por ser um

material que ao receber calor sofre alteração no seu estado de matéria com maior rapidez,

fazendo assim, com que as esferas se desprendam da lâmina, já que o chumbo não é um bom

condutor de energia térmica.

É impossível a esfera dois cair antes da esfera um, pois a propagação de calor se dá do

meio mais quente para o mais frio, ou seja, a extremidade que recebe calor da vela conduz

calor por toda sua superfície, passando pelas esferas em ordem crescente.

Essa maneira de propagação de calor é chamada condução, e possui como principal

característica a transmissão de energia sem a simultânea transferência de matéria, ocorrendo,

assim, predominantemente nos sólidos.

Figura 05: Ilustração da transferência de calor por condução.

Durante o experimento, foi verificado e anotado o tempo que levou para cada esfera se

desprender da lâmina e foram demonstrados na tabela abaixo:

Tabela 01: Dados referentes ao experimento para verificação da transferência de calor por convecção.

NÚMERO DA AMOSTRA

TEMPO DE QUEDA (s) ESPAÇO ENTRE AMOSTRA

1 14 22 28 43 50 64 74 85 120 10

A propagação do calor de molécula a molécula, com deslocamento de matéria.

3.4 Materiais Utilizados

Figura 06: Material necessário para realizar o experimento.

01 base principal;

01 fonte irradiante de feixe direcional 60 W;

01 ventoinha de alumínio com 8 hélices;

01 biombo protetor;

01 pivô de aço inoxidável.

3.5 Montagem

A montagem do material deve ser feita baseada na figura que segue:

Figura 07: Montagem do material utilizado no experimento.

Observando que a ventoinha deve ficar acima da lâmpada, na região central.

3.6 Andamentos das Atividades

Com materiais em mãos e conceitos básicos em mente, iniciamos o experimento com a

montagem do equipamento, colocando a ventoinha na parte superior do pivô, de modo que

este a mantivesse suspensa apenas apoiando-a pelo centro. Logo em seguida a lâmpada foi

acesa. Depois de alguns minutos a ventoinha começou a girar devido ao calor.

Figura 08: Ventoinha girando devido à transferência de calor por convecção.

Dessa forma, a molécula de ar frio que se encontra próxima à lâmpada aquecida

recebe calor de maneira que se torna ar quente, e por isso o ar frio desce, tomando o lugar do

ar quente que sobe, ocorrendo assim as correntes de convecção.

Diante do ocorrido e com base no princípio de Arquimedes, podemos concluir que o

movimento de subida molécula de ar aquecida se dá devido ao empuxo, que se relaciona com

a convecção quando o ar sofre aquecimento por baixo, fazendo com que a molécula de ar que

se encontra no fundo passe a mover-se rapidamente, afastando-se uma das outras, fazendo

com que o ar torne-se menos denso, surgindo assim uma força de empuxo que empurra o ar

para cima.

Quando certa massa de um fluido é aquecida suas moléculas passam a mover-se mais

rapidamente, afastando-se, em média, uma das outras. Como o volume ocupado por essa

massa fluida aumenta, ela torna-se menos densa. A tendência dessa massa menos densa no

interior do fluido como um todo é sofrer um movimento de ascensão ocupando o lugar das

massas do fluido que estão a uma temperatura inferior. A parte do fluído mais fria (mais

densa) move-se para baixo tomando o lugar que antes era ocupado pela parte do fluido

anteriormente aquecido. Esse processo se repete inúmeras vezes enquanto o aquecimento é

mantido dando origem às chamadas correntes de convecção. São as correntes de convecção

que mantêm o fluido em circulação. É esse processo que faz com que a ventoinha se

movimente.

Essa forma de propagação do calor é chamada de convecção e possui como principal

característica a transferência que ocorre principalmente nos fluidos (líquidos e gases).

Diferentemente da condução onde o calor é transmitido de átomo a átomo sucessivamente, na

convecção a propagação do calor se dá através do movimento do fluido envolvendo transporte

de matéria.

Figura 09: Demonstração de transferência de calor por convecção.

Na convecção, não ocorre passagem de energia de um corpo para outro, mas

movimento de partículas, levando consigo a energia de uma posição para outra. Por isso, a

convecção não pode ocorrer no vácuo.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Notamos que o fogo da vela, ao aquecer a haste, fazia as bolinhas caírem uma a uma

em numa sequência que partia da ponta da haste aquecida pelo fogo. Dessas observações

concluímos que isso ocorre pelo fato das partículas se agitarem transmitindo energia de uma

para outra em sequência e sem pular um átomo sequer. Assim, evidenciando a transferência

de calor através da condução.

No segundo experimento, com a vela acesa, ela começava a esquentar o ar ao seu

redor, fazendo com que ele ficasse mais leve e subisse, com o ar quente subindo, observamos

que a ventoinha gradativamente começava a rodar, e o ar frio descia logo o ar frio era

aquecido também e subia novamente.

Constatamos então a transmissão de calor por convecção, ou seja, o movimento das

partículas (matéria) de ar quente e frio do mesmo modo que acontece com o ar condicionado e

com a geladeira.

5 CONCLUSÃO

Podemos afirmar que o experimento foi muito importante para chegarmos de forma

experimental ao conhecimento de termologia no que se refere aos meios de transferência de

calor. Foi possível observar que esses processos ocorrem de maneira distinta e o sentido de

propagação de calor ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor

temperatura. Observou-se também que a na condução a transferência de calor é dada por meio

de átomo a átomo sucessivamente, diferente do segundo processo, a convecção onde

propagação do calor se dá através do movimento do fluido (líquidos e gases) envolvendo

transporte de matéria.

Portanto, conclui-se que os resultados obtidos após o termino do experimento foram

satisfatórios e eficazes no aprendizado.

É importante ressaltar que esse conhecimento para nós, futuros profissionais da

engenharia, não só se aplica somente a casos simples como este, mas em situações mais

complexas que estarão diretamente ligadas a prática da nossa profissão.

6 REFERÊNCIAS

Fundamentos da física, v.2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica/ David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; Rio de janeiro: LTC, 2006.

TIPLER, Paul A; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros, volume 01: Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. Rio de Janeiro: LTC, 2011.

Transferência de calor: Disponível em: http://www.efeitojoule.com/2010/06/transferencia-de-calor-transferencia. Acesso em 25 de abril de 2012.

Os meios de propagação de calor (meios de transmissão, transferência de calor). Atividade Física Experimental II – UNDB.