Princípio das trocas de calor

Já vimos que dois ou mais corpos a temperaturas diferentes, formando um sistema isolado, tendem a atingir a mesma temperatura.

Quando isso ocorre, costuma-se dizer que esses corpos trocam calor. Como calor é energia, o Princípio da Conservação da Energia garante que a energia total envolvida nesse processo é constante. Além disso, se um corpo cede calor e não muda de fase, a sua temperatura final (t) torna-se menor que a inicial (t₀). Portanto, a variação de temperatura (Δt = t – t₀) e a quantidade de calor cedida (Q_c) são negativas. Por raciocínio análogo, quando o corpo recebe calor, a variação da temperatura e a quantidade de calor recebida (Q_r) são positivas. Veja o esquema:

Assim, se o sistema for isolado e houver apenas trocas de calor entre os seus constituintes, a soma algébrica das quantidades de calor cedidas (ΣQc) e recebidas (ΣQr) deve ser nula:

ΣQc + ΣQr = 0

Essa é uma consequência imediata do Princípio da conservação da Energia. Qualquer resultado diferente de zero indicaria a perda ou o ganho de energia, o que contraria esse princípio.

 

TROCAS DE CALOR

Os processos de troca de calor entre sistemas a diferentes temperaturas pode se dar de três maneiras preferenciais:

- CONDUÇÃO TÉRMICA: ocorre em sólidos e depende do coeficiente de condutividade térmica; não é difícil perceber que plásticos e madeira não conduzem tão bem o calor quanto outros materiais como os metais, por exemplo. Fatores que implicam na maior ou menor condutividade térmica: as características físico-químicas, a espessura do material, a área de contato entre materiais, o tempo que o material fica em contato com o outro e, logicamente, a diferença de temperatura entre as extremidades do material condutor..

Como calcular a quantidade de energia que é conduzida em um meio material em um determinado tempo??? Utilize a expressão:

- CONVECÇÃO TÉRMICA: explicada pelo movimento de fluxos ascendentes e descentes em fluídos (líquidos e gases), elevando massas aquecidas e rebaixando massas resfriadas destes mesmos fluídos; essa elevação se dá pelo fato de que o fluído mais aquecido é menos denso que o mesmo fluído resfriado, ou seja, possui menos massa (kg) ocupando um certo volume (litro, m³, ...). Por este motivo, quando se instala um ar condicionado refrigerador em uma residência o equipamento é colocado na parte superior da parede. Com isso, a massa de ar "frio" circula pelo ambiente até as regiões mais próximas do chão, climatizando o ambiente de forma mais eficaz do que se fosse instalado junto ao chão (nossos pés ficariam gelados e o resto do ambiente estaria quente!!!).

De outra forma, nos gases e nos líquidos o calor se propaga principalmente por convecção, um processo de transferência de energia em que ocorre deslocamento de matéria de uma região para outra. Quando um líquido (ou gás) é aquecido, sua densidade diminui em relação à densidade das partes menos quentes. O material aquecido sobe, deslocando o que está com temperatura menor. Esse deslocamento cria correntes no interior do líquido (ou do gás), denominadas correntes de convecção ou correntes térmicas.