Exercícios: Transferência de calor: condução, convecção e radiação

Deixa-se uma colher metálica dentro da sopa quente e, passado algum tempo, o cabo também está quente embora não toque no líquido, como se mostra na figura.

Como se chama o mecanismo pelo qual o calor se propagou ao longo da colher? Explica-o sucintamente.

O Sol aquece a Terra apesar de entre ambos existirem cerca de $150$ milhões de quilómetros de espaço vazio, como se mostra na figura.

Que mecanismo de transferência de calor torna possível a chegada da sua energia? Por que razão não podem ser os outros dois?

Ao ligar o radiador, o ar da divisão vai aquecendo gradualmente, começando pelo ar junto ao radiador, que sobe em direção ao teto, como se mostra na figura.

Que mecanismo distribui o calor pelo ar da divisão? Descreve-o.

Classifica estes materiais em bons condutores térmicos ou isoladores térmicos e justifica a tua escolha:

1. a) Uma frigideira de alumínio.
2. b) O cabo de madeira da frigideira.
3. c) Uma camisola de lã.
4. d) Uma colher de aço.
5. e) Uma rolha de cortiça.

Por que razão os tachos e as frigideiras têm pegas ou cabos de madeira ou de plástico em vez de serem de uma única peça de metal? Explica com base no que sabes sobre a condução térmica.

Na praia, ao meio-dia, nota-se uma brisa que sopra do mar em direção à areia: o ar sobre a areia quente sobe e o ar mais fresco do mar desloca-se para ocupar o seu lugar, como se mostra na figura.

Que mecanismo de transferência de calor está a atuar? Explica-o.

Num dia frio mas de sol, no inverno, pões-te ao sol e sentes calor na cara, embora o ar continue frio. Por que mecanismo te chega esse calor? Precisa de ar para se propagar?

Completa as frases com o nome do mecanismo em falta:

1. a) Na $\dots$ o calor transmite-se por contacto direto, sem que a matéria se desloque.
2. b) Na $\dots$ o calor viaja com o movimento de um fluido, como o ar ou a água.
3. c) Na $\dots$ o calor viaja sem necessidade de matéria, como acontece com a energia do Sol.

Quando cozes uma pizza no forno, intervêm os três mecanismos de transmissão de calor. Identifica-os:

1. a) A resistência elétrica incandescente aquece a pizza sem lhe tocar.
2. b) O ar quente circula pelo interior do forno.
3. c) O tabuleiro metálico aquece a base da massa.

Tocas na perna metálica da tua secretária e depois na superfície de madeira, e o metal parece-te mais frio, embora ambos estejam há horas na mesma divisão.

1. a) Estão realmente a temperaturas diferentes?
2. b) Explica a diferença de sensação recorrendo à condução do calor.

Sentado em frente a uma lareira acesa, sentes o calor na cara, enquanto o fumo e o ar quente sobem pela chaminé, como se mostra na figura.

1. a) Que mecanismo te está a aquecer a ti?
2. b) Que mecanismo faz subir o ar quente pela chaminé?

Justifica ambas as respostas.

Com uma torradeira a funcionar fazes três testes:

1. a) Pões a mão por cima, sem lhe tocar, e notas ar quente a subir.
2. b) Pões a mão ao lado, sem lhe tocar, e também sentes calor.
3. c) Tocas-lhe com um dedo e queimas-te.

Identifica o mecanismo de transmissão de calor que atua em cada caso.

Os casacos de penas aquecem porque as penas retêm muito ar entre si.

1. a) O ar imóvel e retido é bom ou mau condutor térmico?
2. b) Explica por que razão esse ar retido faz com que o nosso corpo perca menos calor.

Uma frigideira tem a base de alumínio e a pega de um plástico especial, muito mau condutor térmico, como se mostra na figura.

Justifica a escolha de cada material pensando no que pretendes que o calor faça em cada parte da frigideira.

De dia, na praia, a brisa sopra do mar em direção a terra; de noite costuma soprar ao contrário. Sabendo que a areia aquece e arrefece muito mais depressa do que a água do mar, explica as duas situações utilizando as correntes de convecção.

Envolves uma lata fria de refrigerante num pano de lã grosso e deixas outra lata igual desembrulhada em cima da bancada.

1. a) Prevê qual das duas aquecerá primeiro.
2. b) Explica o papel da lã como isolador térmico: fornece calor ao refrigerante ou impede que o calor do ambiente lhe chegue?

Colocas um cubo de gelo preso com uma rede no fundo de um tubo de ensaio cheio de água e aqueces a parte superior do tubo com um bico de Bunsen até que a água de cima ferva. O gelo do fundo quase não derrete, como se observa na figura.

1. a) O que demonstra esta experiência sobre a água como condutora de calor?
2. b) Por que razão é que a convecção não transporta o calor para baixo, até ao gelo?

Uma nave espacial aquece devido ao Sol e deve libertar o excesso de calor, mas encontra-se rodeada de vácuo, como se mostra na figura.

1. a) Explica por que razão não pode arrefecer por condução nem por convecção.
2. b) Que mecanismo lhe resta para perder calor?
3. c) Os painéis de arrefecimento das naves são grandes, pretos e planos: fundamenta por que motivo estas características favorecem esse mecanismo.

Aqueces água num tacho de aço sobre um fogão a gás, como se mostra na figura. Descreve o trajeto do calor desde a chama até à água, identificando o mecanismo que atua em cada etapa:

1. a) Da chama e dos gases quentes para o fundo do tacho.
2. b) Através do metal do tacho.
3. c) Desde o fundo do tacho até toda a água.

Serves chocolate quente em duas chávenas: uma de aço fino e outra de porcelana grossa.

1. a) Qual das duas te queima mais os dedos ao pegar-lhe?
2. b) Em qual arrefece o chocolate mais depressa?
3. c) Justifica ambas as previsões recorrendo à condução do calor e à espessura e tipo de material de cada chávena.

Na casa de banho, descalço, o chão de azulejo parece-te muito mais frio do que o tapete, embora ambos estejam à temperatura da casa.

1. a) Explica essa diferença de sensação.
2. b) Prevê o que sentirias se a casa de banho tivesse pavimento radiante, a uma temperatura mais alta do que a do teu pé: que material te pareceria mais quente ao pisá-lo?
3. c) Fundamenta a resposta pensando em quem cede calor a quem e a que velocidade o faz.

No inverno, com o aquecimento ligado, alguém abre a janela de par em par para renovar o ar.

1. a) Explica por que mecanismo se perde o calor da divisão ao abrir a janela.
2. b) O que implica uma menor perda de calor: abrir de par em par durante cinco minutos ou deixar a janela entreaberta toda a manhã? Justifica.
3. c) Propõe uma forma de ventilar a divisão perdendo menos calor e explica por que razão funciona.

Os serviços de emergência cobrem os sinistrados com uma manta isotérmica, uma folha fina e prateada.

1. a) O que acontece à radiação emitida pelo corpo quando atinge a face prateada da manta?
2. b) O ar que fica entre o corpo e a manta quase não se pode mover: de que forma isso ajuda a reduzir as perdas por convecção?
3. c) A manta não «dá calor» e, no entanto, a pessoa arrefece muito mais devagar. Explica porquê.

Um radiador funciona melhor se for instalado na parte inferior da parede do que perto do teto. Observa a figura, que compara as duas instalações:

1. a) Explica o motivo recorrendo às correntes de convecção.
2. b) O que aconteceria ao ar quente se o radiador estivesse junto ao teto? A divisão aqueceria bem?
3. c) A posição quase não influencia o calor que o radiador transmite por radiação: saberias explicar porquê?