O calor flui dos corpos mais quentes para os mais frios. Você freqüentemente deseja evitar que o calor se escoe. Por exemplo, você usa roupas de lã no inverno para manter-se aquecido, e sua geladeira tem paredes espêssas para impedir a entrada de calor. Quando você deseja facilitar o escoamento de calor você usa metais porque êles são bons condutores. Sua mãe usa panelas de ferro ou alumínio.
Nos países frios, usam-se atualmente aquecedores (ou calefatores) elétricos ou a gás, que esquentam o ar de, um aposento principalmente pela radiação que é absorvida e transformada em calor. Muitos lares são aquecidos por meio de aparelhos de ar quente ou sistemas de aquecimento por meio de água quente em que o calor é transferido pelo movimento do ar, ou água, quente.
O calor pode passar dos corpos quentes aos mais frios por convecção, condução e radiação.
Tome tubos de vidro encurvados e ligue-os por tubos de borracha como indica a Fig. 16-1. Encha os tubos com água e deixe cair uma gôta de tinta em A. Ponha um bico de Bunsen no ramo esquerdo. A água dêsse ramo recebe energia calorífica da chama, o que faz as moléculas se moverem mais ràpidamente; a água nêle se dilatará e ficará mais leve, ou melhor, menos densa, do que no ramo direito. A água mais fria, sendo mais pesada, mover-se-á para baixo no ramo direito, fazendo a água circular. À agua em movimento leva energia calorífica do ramo esquerdo para o ramo direito. Êsse modo de transferir de transferir calor é chamado convecção. Convecção é a transferência de calor pela matéria em movimento.
Convecção. Aquecendo-se a água em AB ela se expande e fica menos densa. A água mais fria e mais densa, em CD, desce então. A água em circulação transfere o calor por convecção. Na convecção, o calor é transferido juntamente com a matéria.
Planadores em ação! Êsses planadores são inicialmente rebocados pelo avião e depois soltos dos cabos para voarem sózinhos. Um pilôto experimentado pode manobrar um dêsses aparelhos sem motor percorrendo grandes distâncias, aproveitando as correntes de ar. Como o ar quente sobe, o planador pode ganhar altura nas correntes ascensionais e então planar, perdendo altura, até encontrar outra corrente ascensional. Em sentido figurado: o "combustível" do planador são as correntes de convecção.
O ar que sobe na chaminé de de sua casa, ou de uma fábrica, leva calor para cima. Monte dois tubos de cartolina em aberturas de uma caixa de papelão e coloque uma vela acesa debaixo de uma delas, como na Fig. 16-3. O ar mais frio em B, sendo mais denso que o ar em A, descerá para a caixa e empurrará o ar quente para fora da chaminé, produzindo circulação do ar. Você pode provar a descida do ar em B, mantendo um pedaço de papel ou pano fumacento sôbre essa chaminé.
Convecção do ar. O ar mais frio, mais denso, em B, desce,
aumenta a pressão na caixa e força o ar quente a subir em A.
No forno de ar quente (Fig. 16-4) o ar frio da sala desce pelo tubo de ar frio até o forno. Êste ar frio, mais pesado, força o ar mais quente, menos denso, a subir pelos tubos de ar quente. No sistema de ar quente (Fig. 16-5), a água fria desce pelo tubo de retôrno e força a água quente a subir da caldeira para os radiadores.
FORNO DE AR QUENTE- Por que o ar desce pelo tubo de ar frio? Por que a fumaça sobe pela chaminé?
Um sistema de aquecimento de água quente. A água fria, descendo
para o aquecedor, força a água quente a subir para os radiadores.
Ponha uma extremidade de uma barra de ferro numa chama; as moléculas do ferro nessa extremidade absorverão calor. Essa energia fará as moléculas vibrarem mais rigorosamente e se chocarem com as moléculas vizinhas, transferindo-lhes a energia. Essas moléculas vizinhas, por sua vez, passarão adiante a energia calorífica, de modo que ela será conduzida ao longo da barra para a extremidade fria. Observe que, na condução, o calor passa de molécula a molécula, mas as moléculas não são transportadas com o calor. Condução é a transferência de calor através de um corpo, de molécula a molécula.
Um forno-poço. lingotes ou branco rubro são colocados nesse
poço para impedir a perda de calor até que êles sejam
prensados ou laminados. O poço é mantido quente, usando-se óleo
ou gás como combustível. De que modo podem os lingotes ganhar
ou perder calor enquanto no poço?
Para comparar a condução do calor por diferentes metais, enrole, uma na outra, as extremidades de um fio de cobre e outro de ferro, de mesmo comprimento (Fig. 16-7). Prenda algumas tachinhas com cêra aos fios. Aqueça as extremidades enroladas dos fios numa chama. As tachas prêsas ao cobre começarão a cair antes das prêsas ao ferro. O cobre conduz calor melhor que o ferro.
Todos os metais são bons condutores de calor. Os gases e os líquidos são bons condutores. Substânciais tais como tecidos, papel e amianto, que pouco conduzem calor, são chamadas maus condutores ou isolantes térmicos. Agasalhos de pele ou de lã fofa são bons isolantes por causa do ar que está aprisionado nos mesmos (Fig. 16-9). A lã é mais quente que o algodão e linho, porque retém mais ar em seu interior.
Um bom isolante. êsse material macio é feito de fibras que armazenam ar em poros finos. Êle conduz tão pouco o calor que a chama não queima a mão do outro lado.
A lã é um bom isolante. A lã prende o ar, formando uma camada isolante que conserva a môça aquecida. O sobretudo seria mais quente - e menos bonito - se a lã estivesse na parte interna.
A seguinte tabela dá as condutividades térmicas de alguns materiais.
| CONDUTIVIDADES TÉRMICAS* | ||
|---|---|---|
| Metais | Sólidos não-metálicos | Fluidos (a 20ºC) |
| Prata 0,97 | Vidro 0,002 | Água 0,0013 |
| Cobre 0,92 | Concreto 0,002 | Glicerina 0,0006 |
| Alumínio 0,49 | Cortiça 0,0001 | Hidrogênio 0,00033 |
| Ferro 0,12 | Fêltro 0,0001 | Ar 0,000057 |
| Chumbo 0,083 | Tijolo de barro 0,0015 | ------------------- |
A tabela dá a quantidade de calor, em calorias, conduzida por minuto através de uma camada de 1cm2 de área e 1cm de espessura, quando a diferença de temperatura entre as duas superfícies é de 10C.
O Sol emite energia radiante no espaço; através de milhões de quilômetros, essa energia chega à Terra. Tem a forma de ondas, de comprimento igual a cêrca de 0,00005cm. Quando você recebe a luz do Sol diretamente, você absorve essa energia que se transforma em energia calorífica. Todos os corpos irradiam energia para objetos a temperaturas mais baixas. Você irradia energia para as paredes de uma sala fria. Um aquecedor elétrico, ligado, irradia energia para você. Você absorve essa energia e se aquece. Assim, embora seja a absorção de energia radiante que produz calor, freqüentemente falamos de calor radiante, que é energia radiante absorvida como calor.
Na convecção, a energia calorífica e o ar, a água ou outro material, transmitem-se conjuntamente. Na condução, a energia calorífica passa de molécula para molécula. Na radiação, somente a energia se transmite. Nenhum material é necessário para isso. Acenda uma em cima e contra a sua mão e esta se aquecerá. A máo recebe pouco calor por condução. Não recebe calor por convecção, pois o ar quente sobe. Ela se aquece pela absorção da energia radiante emitida pelo filamento quente.
Passe um pouco de cola num bulbo de um termômetro e revista o bulbo com uma camada de fuligem ou outra substância preta. Mantenha-o junto com outro termômetro não-revestido, próximo à parte inferior de uma lâmpada elétrica acesa (Fig. 16-13). O termômetro enegrecido se aquecerá mais rapidamente do que o outro, porque as substâncias negras são bons absorventes de calor. Retire a lâmpada. O termômetro de bulbo enegrecido voltará à temperatura ambiente mais depressa que o outro. Os bons absorventes de energia radiante são bons radiadores.
Absorção. O termômetro do bulbo enegrecido absorve os
raios de calor, mas o do bulbo prateado os reflete. Os corpos negros são
bons absorventes.
A maioria das substâncias não metálicas absorve melhor
o calor radiante que os metais. A fuligem (negro de fumo) absorve cêrca
de 97% da radiação que recebe. Tintas não metálicas
absorvem 90%, o ferro galvanizado fôsco 50%, tinta de alumínio
30% e alumínio ou prata polidos 6% (Fig. 16-14).
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Bons e maus absorventes. A fuligem absorve 97% dos raios do sol. A prata
polida absorve apenas 6%.
As pessoas que vivem nas regiões tropicais preferem vestir-se de branco
porque a roupa branca reflete mais a radiação do Sol do que
as roupas escuras. Benjamim Franklim, o primeiro grande cientista americano,
fêz uma experiência muito simples, colocando sôbre a neve,
ao sol, pedaços de fazendas de cores diversas. Após algumas
horaso pedaço preto, que foi mais aquecido pelo sol tinha-se afundado
mais na neve que os outros, enquanto o branco nada se afundara; as outras
cores se afundaram tanto mais quanto mais escuras eram. Ficou assim provado
que as cores mais claras absorvem menos calor do Sol e são, portanto,
mais próprias para as regiões ensolaradas.
Nos países em que o inverno é muito frio, as casas, igrejas e edifícios públicos são, algumas vêzes, aquecidos por calor radiante. Canos que transportam água são embutidos no chão ou nas paredes e no teto e fornecem o calor (Fig. 16-15). Canos de cobre são postos no chão e encobertos com cêrca de 5cm de concreto. Água quente, a cêrca de 500C, passa pelos canos. O chão é aquecido por condução e irradia energia, que é absorvida pelos móveis e pelas pessoas na sala. Êste método de aquecimento é de fácil controle, limpo e pode dar confôrto quando faz frio.
Fig. 16-15 - Calor radiante - Canos de cobre postos no concreto
conduzem água quente que irradia energia que é absorvida no
aposento e produz calor.
Água quente colocada num copo de preta polida esfria mais devagar do que se o copo fôsse revestido de fuligem. As superfícies que absorvem facilmente o calor também o perdem, ou emitem facilmente. Bons absorventes são bons emissores. As chaleiras devem ser bem polidas para irradiar pouco; o fundo não deve ser liso, mas, de preferência negro, para absorver facilmente. Os balões são pintados com tinta de alumínio. Quando êles passam de sob uma nuvem para a radiação do Sol, o alumínio reflete a radiação e o gás não se aquece rapidamente. Quando o balão fica na sombra de uma nuvem, a superfície metálica sendo pobre emissora de calor não irradia facilmente; o gás não se resfria, assim, rapidamente. As mudanças rápidas de temperatura e pressão do gás são, assim, evitadas, tanto porque o alumínio é um mau absorvente como por ser êle um mau emissor. Pouco gás deve ser liberado do balão.
Em agôsto de 1932 um cientista suiço, Auguste Piccard, subiu a uma altura de 19 quilômetros sôbre a Terra numa gôndola esférica prêsa a um enorme balão. Êle queria regular a temperatura na esfera; para isso êle pintou metade de sua superfície externa com tinta prêta e a outra metade com tinta de alumínio. Se a gôndola ficasse muito fria, Piccard voltaria o lado enegrecido da esfera para o Sol, de modo que os raios de calor fôssem fàcilmente absorvidos; se a gôndola ficasse muito quente êle voltaria para o Sol o lado pintado com alumínio, de modo que êste absorvesse pouca radiação, enquanto o lado enegrecido irradiasse facilmente o calor. Seu plano falhou porque o mecanismo destinado a girar a gôndola não funcionou durante a ascensão. A temperatura na gôndola subiu a 450C. Piccard e seus companheiros tiveram um tempo quente na gôndola.
Fonte: www4.prossiga.br