Relatório Física - Propagação de Calor

1 Materiais Utilizados
 Base com suporte para haste;
 Quatro pinos;
 Fonte térmica;
 Vela;
 Fósforo;
 Fixador com extensão e ventoinha;
 Termômetro;
 Recipiente preto com porta termômetro;
 Recipiente branco com porta termômetro;
 Tripé tipo estrela;
 Uma haste 20 cm;
 Fonte térmica (lâmpada de secagem 250 w);

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2 Introdução
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, é possível a
transformação de calor em trabalho e vice-versa. Entretanto, as condições para que
tal realmente aconteça são impostas pela segunda lei.
A segunda lei da termodinâmica, diz que, não é possível uma máquina
térmica ter um rendimento de 100%, pois para isso ela teria que operar com uma única
fonte, da qual retiraria calor e o converteria totalmente em trabalho.
Quem impôs esta lei foi Nicolas Sadi Carnot (1796 – 1832). Até então,
acreditava-se ser possível a construção de uma máquina térmica ideal, que seria
capaz de transformar toda a energia fornecida em trabalho, obtendo um rendimento
total (100%).
Para demonstrar que não seria possível, o engenheiro francês Nicolas Carnot
propôs uma máquina térmica teórica que se comportava como uma máquina de
rendimento total, estabelecendo um ciclo de rendimento máximo, que mais tarde
passou a ser chamado Ciclo de Carnot.
Este ciclo seria composto de quatro processos, independente da substância.
Para converter calor em trabalho, o sistema deve operar continua e
ciclicamente entre duas fontes térmicas, uma fonte quente e uma fonte fria. Em cada
ciclo, é retirada uma quantidade de calor Q1 da fonte quente, que é parcialmente
convertida em trabalho W, e rejeitada para a fonte fria a quantidade de calor Q2, que
não foi convertida.
Numa máquina de Carnot, a quantidade de calor que é fornecida pela fonte de
aquecimento e a quantidade cedida à fonte de resfriamento são proporcionais às suas
temperaturas absolutas, assim:
Assim, o rendimento de uma máquina de Carnot é:
e
Logo:

3
Sendo:
= temperatura absoluta da fonte de resfriamento
= temperatura absoluta da fonte de aquecimento
Com isto se conclui que para que haja 100% de rendimento, todo o calor vindo
da fonte de aquecimento deverá ser transformado em trabalho, pois a temperatura
absoluta da fonte de resfriamento deverá ser 0K.
Partindo daí conclui-se que o zero absoluto não é possível para um sistema
físico.

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3 Desenvolvimento e Resultados
A propagação de calor pode ocorrer de três modos: por condução,
convecção e irradiação. Enquanto a propagação por irradiação se dá mesmo na
ausência de matéria (vácuo), a propagação por condução exige o contato entre os
objetos que trocarão calor e a propagação por convecção envolve a movimentação
da matéria.
Quando colocamos uma panela com água no fogo para esquentar, podemos
observar a propagação de calor dos três modos. Por condução: o calor do fogo se
propaga para a panela que está em contato com ele; este calor se propaga também
por condução para a água, que está em contato com a panela. Por convecção: a água
que está em contato com o fundo da panela se aquece, sua densidade diminui (fica
mais leve) e ela sobe, enquanto a água fria da superfície (mais pesada) desce para o
fundo. Por irradiação: se tiramos a panela do fogo e aproximamos a mão de seu fundo,
sentiremos um aumento de temperatura.
O calor sentido não chegou por condução (pois não havia contato) nem por
convecção (pois o ar quente sobe), pois a radiação independe da existência ou
movimentação de matéria para se propagar. Outro exemplo de propagação por
irradiação é a energia térmica do sol, que chega até nós pela propagação através do
espaço, que é quase um vácuo perfeito. Neste experimento veremos a propagação
de calor por condução e também a resistência oferecida à esta propagação por dois
materiais diferentes: um fio elétrico e um palito de madeira.
Foi executado três experiências, de formas diferentes: por condução, convicção
e irradiação.
Experiência 1 – Condução Térmica
Procedimentos:
1.Fixar a base
através do manipulo.
2.Prender, com a
cera de vela, os pinos
metálicos na parte de cima
do latão.

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3.Girar a haste sextavada e deixar os pinos presos com cera na posição da
figura.
4.Ligar a fonte térmica e aquecer a região.
5. Descrever o observado.
Experiência 2 - Convicção
Procedimentos:
1.Com a lâmpada desligada, observar se a
ventoinha encontra-se sobre o meio da lâmpada,
caso contrário, ajustar o sistema de modo a
consegui-lo.
2.Novamente verificar se a tensão da
lâmpada é compatível com a da rede local e caso
esteja, ligar a lâmpada.
3. Aguardar por alguns minutos e comentar a experiência.
Experiência 3 – Irradiação
Procedimentos:
1.Colocar os termômetros nos recipientes e
manter os mesmos a 5cm de distância.
2.Colocar a fonte térmica a 40cm dos
termômetros.
3.medir a temperatura interna dos
recipientes e anotar na tabela abaixo para o tempo zero segundo.
4.Ligar a fonte térmica e medir a temperatura interna dos recipientes a cada
dois minutos.
5.Desligar a fonte térmica e medir a temperatura inicial de cada recipiente,
anotando os valores na tabela abaixo para o tempo zero minuto.
6.Anotar a temperatura interna dos recipientes a cada dois minutos e anotar os
valores.

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4 Análise de Resultados
Ao acender a vela, começou o aquecimento da chapa de alumínio. Os
pinos que foram colados com parafina, depois
de um certo ∆t. O calor derreteu a parafina e os
pinos começaram a cair. Até que depois de um
certo tempo todos os pinos foram descolados.
Neste instante, pode-se afirmar que a chapa de
alumínio aqueceu a um equilíbrio até onde o
ultimo pino estava colado.
Na teoria podemos entender como
ocorre a transmissão de calor por condução.
Essa reação de cair as esferas gradualmente ocorre pelo processo de
aquecimento da chapa metálica, com o aquecimento os átomos e moléculas vibram
com maior intensidade com a energia cinética o calor é transferido gradualmente de
átomo a átomo, assim as esferas são soltas gradualmente, sendo quase impossível a
segunda esfera ser solta antes da primeira, a não ser se alguma falha na sua fixação.
Experiência 2 - Convicção
Ao acendermos a fonte, após um ∆t percebe-se que a ventoinha que
está localizada acima da lâmpada, começa a rodar. Este
movimento se dá devido ao fluxo de ar. Sabendo-se que,
este tipo de lâmpada usado no experimento emitem uma
radiação infravermelho.
Na teoria pode-se explicar o que ocorre.
Isso ocorre por aquecimento das moléculas no ar
assim há a dilatação e como explicado no princípio de
Arquimedes, moléculas com menor densidade tente a
flutuar no fluido, assim ocorrendo a convecção, as
moléculas aquecidas pela lâmpada irão criar um fluxo de
ar subindo e movimentando a hélice.

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Medimos a temperatura inicial dos
recipientes, depois colocamos a uma
certa distância um do outro e a 40 cm da
fonte térmica.
Depois de um certo ∆t, percebe-se
que as temperaturas começaram a variar.
E foi anotado a temperatura interna dos
recipientes a cada dois minutos.
Irradiação
Recipiente Branco Recipiente Preto
Temperatura Inicial 28 28
T1 - 2min 29,5 31
T2 - 4min 31 34
T3 - 6min 32 35
T4 - 8min 33 36
T5 - 10min 33 36,5
Na teoria pode explicar, da seguinte forma.
O processo de transferência de calor denominado irradiação térmica é feito
pelas ondas eletromagnéticas, denominadas ondas de calor ou calor de radiante.
Esse processo ocorre tanto em determinados meios quanto no vácuo.
As ondas de calor, ou calor radiante, gerados pelas agitações térmicas
moleculares, são funções da temperatura. De modo geral, podemos dizer que em
maior ou menor grau, todos os corpos emitem energia radiante devido a sua
temperatura.

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5 Questionário
A) Como explicar o fato de introduzir energia (no ponto A) e os pinos se
desprenderem, sucessivamente, nos pontos 1, 2, 3 e 4 da haste?
Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia
e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se
transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a lâmina até alcançar a outra
extremidade.
B) Qual a função da cera e dos pinos?
As ceras da vela vão se derretendo conforme o fio vai se aquecendo e
consequentemente a esferas cairão, pois as esferas estão presas a elas.
C) Poderia o pino 2 cair antes do pino 1?
Não, porque a lamina vai aquecendo do lado da chama para dentro, isto é, do
primeiro pino para o último.
D) Qual a denominação do calor se propagar e qual sua principal
característica?
Essa maneira de se propagar calor chamasse condução de calor e sua
característica é a transferência de calor através de uma chama para outro corpo no
caso a lamina vai aquecendo de dentro para fora.
Experiência 2 – Convecção
A) O que acontece à molécula de ar frio que se encontra próxima da
lâmpada ligada?
Condução térmica. A principal característica da condução é a transferência de
energia sem a simultânea transferência de matéria. A molécula de ar frio aquece e a
distância da lâmpada faz com que a outra molécula de ar frio tome o seu lugar e
também aquece e se desprende formando um círculo de aquecimento e resfriamento.
B) Justificar o movimento de subida da molécula de ar, aquecida e
dilatada usando o princípio de Arquimedes?
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

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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 molécula de ar aquecida se torna mais leve e sobe, enquanto a molécula
de ar frio toma seu lugar até que seja aquecida.
C) Observar a ventoinha e justificar a causa do movimento?
A parte do fluido mais frio (mais denso) 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, fazendo assim a ventoinha se movimentar.
D) Como justificar a formação de uma corrente de ar quente nesta
experiência?
As correntes de convecção se formam em razão da diferença de densidade do
ar. Quando o ar é aquecido ele se expande e torna-se menos denso que o ar frio;
dessa forma, o ar frio desce e o quente sobe formando as correntes de convecção.
E) Como se denomina esta maneira do calor se propagar e qual sua
principal característica?
Convecção térmica. A transmissão da energia térmica é feita de molécula a
molécula, porém, com deslocamento da matéria.
A) Quais as temperaturas iniciais indicadas nos termômetros?
Os dois termômetros marcavam 28°C.
B) As temperaturas são iguais? Porque?
Não. Pois, como o
experimento foi feito com um
recipiente branco e outro preto,
percebe-se que as variações
de temperatura do pote preto
foram maiores que do pote
branco (tabela).
28 29,5 31 32 33 33
28
31
34 35 36 36,5
0
10
20
30
40
IRRADIAÇÃO
Irradiação Recipiente Branco Irradiação Recipiente Preto

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6 Conclusão
Experiência 1
Sabemos que materiais com alta condutividade térmica conduzem calor de
forma mais rápida que os materiais com baixa condutividade térmica. Dessa forma,
na Primeira Experiência que o alumínio foi usado como condutor de calor, onde foi
aquecida por uma vela. Ao colarem os pinos na haste e acender a fonte térmica, os
quatro pinos caíram de forma gradualmente.
Experiência 2
Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do
movimento de massas fluidas de densidades diferentes. Neste experimento foi
identificado que após um determinado tempo a hélice começou a rodar. Este
movimento e devido ao fluxo de ar presente.
Experiência 3
Neste experimento foi analisado a transmissão de calor por irradiação, com a
base criada, podemos analisar que, com o termômetro no pote branco, ouve uma
variação menor de temperatura do que no pote preto. Conclui-se que as cores claras
absorvem menos radiação do que as cores escuras. Fato que pode se observar em
um dia quente, ao colarmos uma roupa preta: sentimos mais calor, pelo fato da roupa
absorver mais quantidade de calor.

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7 Referências
Apostila: Física II – 2ª Lei da Termodinâmica (Luiz Claudio)
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/ciclodecarn
ot.php
http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte04.htm
http://www.infoescola.com/biografias/arquimedes/
http://brasilescola.uol.com.br/fisica/irradiacao-termica.htm
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER,J. Fundamentos de Física, vol. 2. 6a
edição, Livros Técnicos e Científicos Editora. Rio de Janeiro – RJ, 2002.
MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Curso de Física, vol. 2, Editora Scipione. São
Paulo – SP, 2000, pp. 119-120, 138-142.

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