FÍSICA - Processos de transferência de calor

(Uern) Um equipamento de aquecimento de água por energia solar (aquecedor solar) capta a energia do Sol através de seu coletor (caixa com tampa de vidro, tendo em seu interior canos por onde circula a água em aquecimento). Conforme apresentado na figura, a água vinda do fundo do reservatório térmico, ao ser aquecida no coletor, retorna naturalmente para a parte superior desse reservatório.

Observe:

Qual par de fenômenos está mais associado ao funcionamento de um aquecedor solar?

A tabela abaixo relaciona a substância com o valor de sua condutividade térmica. A condutividade térmica é a capacidade do corpo de conduzir (transferir) calor.

Dos materiais representados na tabela, qual transfere menor quantidade de calor (mais lentamente), mantendo constantes as outras grandezas que podem estar relacionadas?

(Uespi) Constituem mecanismos de transmissão de calor os seguintes processos:

(UFRN) O uso de tecnologias associadas às energias renováveis tem feito ressurgir, em zonas rurais, técnicas mais eficientes e adequadas ao manejo de biomassa para produção de energia. Entre essas tecnologias, está o uso do fogão a lenha, de forma sustentável, para o aquecimento de água residencial. Tal processo é feito por meio de  ma serpentina instalada no fogão e conectada, através de tubulação, à caixa-d’água, conforme o esquema. Na serpentina, a água aquecida pelo fogão sobe para a caixa-d’água ao mesmo tempo em que a água fria desce através da tubulação em direção à serpentina, onde novamente é realizada a troca de calor.

Considerando o processo de aquecimento da água contida na caixa-d’água, é correto afirmar que este se dá, principalmente, devido ao processo de:

(UFRN) O calor e suas formas de propagação se manifestam em diversas situações tanto na natureza quanto nas atividades humanas. Assim, fenômenos aparentemente muito diferentes são semelhantes, quando analisados mais detidamente. Veja-se, por exemplo: A energia do Sol que aquece nosso planeta e a energia emitida pelo magnétron do forno de micro-ondas, que aquece os alimentos colocados em seu interior, são fenômenos que envolvem propagação de calor. Pode-se afirmar que as formas de propagação de energia entre o Sol e a Terra e entre o magnétron e os alimentos são, respectivamente:|

Condutividade térmica é uma propriedade física dos materiais que descreve a habilidade de conduzir calor. Essa condutividade está relacionada com a área da superfície (A) de troca de calor, da variação da temperatura entre os dois lados do material (Δθ) e da espessura do material (L). Assim sendo, a relação seria de: 

Sabendo disso, determine a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma panela de cobre em 80 °C, que possui uma área superficial de 0,4 m² e espessura de 0,04 m, sendo aquecida durante um tempo de 5 minutos. 

(Dado: K = 100 J/s × m × K)

Os termostatos são dispositivos que desligam automaticamente um circuito quando a temperatura atinge determinado valor. Servem para o controle de temperatura, seja de um ambiente, de uma geladeira, de um ferro elétrico automático, entre outros.

Quando a temperatura supera certo limite, o termostato deve desligar o aquecedor, fazendo com que sua lâmina bimetálica envergue e abra os contatos, causando o desligamento do aparelho da eletricidade. O mesmo processo ocorre quando a temperatura cai abaixo de certo limite, Nesse caso, o aquecedor é ligado com a lâmpada curvando-se em sentido oposto.

Para que esse dispositivo, muito utilizado em aparelhos elétricos, funcione adequadamente aquecendo ou resfriando a lâmina, é necessário que:

A geladeira “Inverter” é uma nova forma de refrigerar alimentos e sua mudança está no posicionamento do congelador que fica na parte inferior da mesma. Como o ar resfriado previamente no evaporador (dispositivo no qual a temperatura é rebaixada, também chamado de "congelador") é injetado para dentro da geladeira, não importando onde se coloca o compartimento para congelar alimentos. Esse ar refrigerado deve ser injetado na geladeira na parte superior para que possa refrigerar seu interior de maneira mais eficiente. 

Qual processo de transferência de calor está relacionado à geladeira e sua explicação física?

Para muitas mães o simples fato de aferir a temperatura de um bebê se torna um transtorno sem fim, pois o termômetro convencional necessita ser colocado na axila e segurado durante um certo tempo até se verificar o equilíbrio térmico entre a criança e o termômetro. Pensando nisso, algumas empresas resolveram criar um termômetro digital que mede a temperatura corporal, e até mesmo do ambiente, utilizando a radiação de infravermelho. Ele é colocado na testa da criança e após 3 segundos já se consegue o resultado da temperatura corporal. Além de ser mais rápido na medição, não necessita ter contato com a pele e possui memória para as últimas medições.

O corpo humano emite radiação na faixa de frequência do infravermelho, ou seja, todo corpo emite esse tipo de radiação para o meio que o cerca, e dele a absorve. Quando o equilíbrio térmico é atingido, as taxas de emissão e de absorção de energia são iguais. É nesse momento que ocorre a leitura nesse novo termômetro.

Analisando os processos de transferência de calor, qual alternativa abaixo corresponde respectivamente ao processo que ocorre no termômetro convencional e no termômetro de infravermelho?

O corpo humano precisa regular sua temperatura para que não sofra nenhum dano interno em seus órgãos, para isso utiliza o processo de perda de calor úmido através de suas glândulas sudoríparas, intensificando suas atividades e perdendo calor pela evaporação da umidade (suor) que se forma na pele. Durante a transpiração, o suor líquido evaporando sobre uma superfície quente extrai calor dessa superfície resfriando-a.

Além do processo de evaporação citado, quais os outros processos de transferências de calor são possíveis de serem realizados pelo corpo humano?

Assinale a alternativa que contém uma característica que dificulta a condução térmica.

As garrafas térmicas são dispositivos utilizados para manter um líquido à temperatura ideal ao qual foi colocado dentro desse recipiente, ou seja, se estiver gelado ele mantém a temperatura baixa sem aquecer o líquido, como sucos, por exemplo, ou se estiver quente ele o mantém aquecido sem resfriar, como chá ou café, por exemplo.

Infelizmente algumas garrafas térmicas não conseguem manter a temperatura da maneira desejada. Um exemplo disso são as garrafas térmicas infantis. Elas possuem um interior feito de material isolante, uma camada de vácuo e uma outra camada de material isolante, como o isopor. Apesar disso, a temperatura não se mantém. Identifique o possível processo de transferência de calor que ocorre nesse tipo de garrafa.

Relacione as frases abaixo com os processos de transferência de calor correspondente e assinale a alternativa correta.

I – Uma panela colocada no fogão aquecendo o arroz.

II – O ar condicionado deve ser instalado na parte superior da parede para melhor funcionamento.

III – Um bronzeado na praia debaixo de um Sol escaldante.

A – Condução

B – Convecção

C – Irradiação

(UFRN) O meio ambiente é repleto de situações nas quais a variação de temperatura pode provocar belas mudanças na paisagem. Por exemplo, a placidez da superfície da água de um lago muda completamente para a rigidez da superfície de gelo quando uma frente fria provoca o congelamento da água.

Nessa situação, algo ainda mais curioso acontece: a água fica congelada na superfície formando uma camada de gelo, mas continua no estado líquido abaixo dessa camada, permitindo assim a preservação da vida aquática. Tal fenômeno deve-se ao comportamento anômalo da densidade desse precioso líquido, mostrado no gráfico abaixo.

O processo de troca de calor no interior do lago, entre as temperaturas inicial de 10 °C e final de 0 °C, permite entender o motivo pelo qual se forma uma camada de gelo na superfície enquanto, abaixo dela, a água permanece em estado líquido.

Destas informações, é correto concluir que:

São chamados de beduínos os povos nômades habitantes das áreas desertas do Oriente Médio e norte da África. Acredita-se que essa cultura tenha surgido ainda na Antiguidade (os indícios mais antigos desta cultura datam do Império Antigo do Egito, c. 2670-c. 2195 a. C.), e que seu nome é derivado das palavras árabes "al bedu" (habitantes das terras abertas) ou "al beit" (povo da tenda). Seu estilo de vida está associado à criação de cabras, ovelhas e camelos. Os beduínos mais antigos são os responsáveis pela domesticação dos camelos. Quando chegam a um oásis esticam as suas tendas retangulares, feitas com tecido de pele de camelo ou de cabra.

Disponível em: <http://www.infoescola.com/sociedade/beduinos>. Acesso em: 07 nov. 2016.

O texto acima se refere aos povos que viajam em áreas de grande amplitude térmica entre o dia e a noite. Suas vestimentas durante as viagens, normalmente, são feitas de peles de animais e algodão. E sempre de cores claras.

Das alternativas a seguir, qual representa corretamente, nas leis da Física, o uso destas vestimentas?

Nas residências de todo o mundo a energia solar e a instalação de placas solares só vem crescendo a cada ano. Sendo uma energia renovável e limpa durante sua utilização é uma excelente opção para produção de energia elétrica e térmica nas residências.

As placas utilizadas para aquecimento são feitas de uma camada de vidro transparente com uma película da cor preta abaixo, e em contato com esse material estão as tubulações de água que serão aquecidas.

Placas solares

 dja65/iStock/Getty Imag

Quando os raios solares incidem nas placas o vidro conduz essa energia térmica para a superfície preta da placa que transfere essa energia para a água, aquecendo-a. Nesse processo, qual é a finalidade do vidro e da superfície preta?

Observamos a transmissão de calor por irradiação:

O isolamento térmico de casas deixou de ser um conforto e passou a ser uma necessidade do dia a dia devido ao aumento excessivo da temperatura ambiente durante o verão e aumentando a cada ano. Uma das formas de se evitar o calor excessivo em uma moradia é o uso de uma manta térmica metalizada colocada abaixo das telhas. De fácil colocação ajuda não somente no verão, mas também impede que uma parcela do calor saia de dentro da residência durante o inverno, pois as duas faces do material são metalizadas.

Qual processo de transferência de calor pode ser evitado com o uso das mantas térmicas nos telhados e qual a explicação para o calor não entrar?

A temperatura da superfície de um material representa a energia solar absorvida e reemitida ao ambiente e, muitas vezes, ela é superior à temperatura do ar nesse ambiente. Mas isso é muito comum de se perceber quando se caminha descalço sobre a areia ou a rua em dias de muito sol, quando a sensação de calor é muito maior nos pés do que no resto do corpo. Essa temperatura reflete a quantidade de calor de uma determinada parcela do terreno, resultante principalmente da radiação solar. As marcas mais altas de temperatura são registradas em locais de céu aberto, pouco vento e com superfícies que fazem absorção da luz.

Durante o processo de transmissão de calor de um corpo aquecido, a radiação que ele emite ao ambiente será na faixa de frequência do(a):

Iglu significa, na língua dos esquimós, “casa de neve” e foi inventado há muitos séculos. Esta estrutura gelada era a única forma que os caçadores tinham para sobreviver aos invernos rigorosos na Sibéria, no Alasca e Canadá, no Ártico.

Não usavam outro material de construção, como pedra ou madeira porque, simplesmente, não estava disponível nas redondezas. Aquilo que existia em abundância era neve, muita neve! Um construtor experiente demora uma hora a construir um iglu e necessita de neve compacta.

Disponível em: <http://noctulachannel.com/iglu-esquimos-nao-frio/>. Acesso em: 02 nov. 2016.

Dentro de um iglu é possível se ter um aumento de temperatura de 40 °C em relação ao ambiente hostil externo. Das alternativas abaixo, qual justifica a utilização desse material para moradia?