Aula 05 - 3EE

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Radiação

Um corpo pode trocar energia através da radiação eletromagnética. Um corpo a

temperatura T diferente de 0K emite radiação. A radiação predominante depende da

temperatura do corpo.

Um corpo a 37 C emite principalmente radiação infra-vermelha enquanto que um corpo a

5000 C, como a superfície do Sol, emite luz visível

Energia chega do Sol à Terra por radiação, através do espaço.

Ela é transmitida na forma de onda eletromagnéticas.

Toda substancia a T > 0 K emite energia por radiação

Na verdade, a radiação não depende de um meio material para ser transmitida. A energia emitida

pelo Sol, por exemplo, boa parte da qual está na forma de luz visível, chega à Terra depois de

atravessar o vácuo do espaço.

8

Quando a temperatura de um objeto aumenta, a quantidade de energia irradiada por segundo de qualquer

região da superfície do objeto aumenta consideravelmente.

Aula 05 - 3EE

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Experimentos mostram que a potência irradiada P é proporcional à temperatura T

4

_{e à área A da região}

responsável pela radiação:

σ = 5,6703 × 10

–8

_W/(m

2

_{· K}

4

_),

T usado em kelvins.

ε,constante, valor está entre 0 e 1, é chamada de emissividade.Depende da eficiência com a qual a

superfície irradia energia; uma superfície com um valor de ε = 1 irradia toda a energia que recebe,

tambem absorve mais;

=razão entre a taxa de emissão de entre uma superfície particular e a taxa de radiação de um corpo

negro ideal

P = eA



T

4

Sob as mesmas condições de troca de calor com o ambiente o jarro negro esquenta e também esfria mais rapidamente.

O corpo negro, com emissividade e = 1 e um bom emissor e um bom

absorvedor. Uma superfície negra aquece e esfria mais rapidamente que

outras em mesmas condições.

Uma placa de aço quadrada e fina, com lado igual a 10 cm é aquecida em uma forja

até urna temperatura de 800 0C. Sabendo que a emissividade é igual é 0,6 qual é a

taxa total de energia transmitida por radiação da placa ?

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Potência irradiada aumenta com a quarta potência da temperatura absoluta da superfície.

8/26/2015 5:08 AM - Recorte de Tela

O pico da frequência emitida é proporcional

a T.

A Terra e o Sol emitem energia de radiação para o espaço. A do sol é se

encontra predominantemente no espectro visível a da Terra não.

Fonte de calor do Sol: Fusão nuclear

Fonte de calor da Terra: Aquecimento devido ao Sol e decaimento radiativo

em seu interior.

A medida que a temperatura aumenta os comprimentos

De onda são cada vez menores e as frequências maiores

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Frequência emitida pelo Sol: atmosfera da Terra e transparente a ela. A emitida pela

terra e de frequência mais baixa. A atmosfera é opaca a ela (efeito estufa)

A atmosfera retém radiação de comprimento de onda mais longos como o infravermelho. Não fosse

isso a Terra se resfriaria a - 20

0

_C.

O excesso de CO

2

**reteria mais calor ainda mais provocando o aquecimento global. (*)**

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A potência P emitida depende da área A do corpo e de sua emissividade e

P

rad

=



AT

4

= Constante de Stefan Boltzmann= 5.67.10-8_W/m2_K

e = emissividade pode variar entre 0 e 1. Depende da composição da superfície. Para o corpo negro perfeito seu valor vale 1

.

P

abs

=



eAT

amb4

A taxa com que um objeto absorve energia através da radiação térmica é dada por

A potência liquida trocado com o meio ambiente é dada por

Pliq = Pabs- Prad= eA(Tamb4- T 4)

Uma garrafa térmica é eficiente no isolamento térmico porque evita a transmissão de calor por radiação (paredes espelhadas) por condução (material de baixa condutividade) e por convecção (tem vác

uo entre paredes duplas)

(*) A flatulência de herbívoros, entre eles o gado, produz metano que é

25 vezes mais potente na produção do efeito estufa. Cientistas australianos estão tentando colocar bactérias digestivas de canguru em gados.

Há alguns anos A erupção de um grande vulcão, no monte Pinatubo nas Filipinas, rejeitou uma grande quantidade dióxido de enxofre na atmosfera. O evento fez a temperatura média da Terra baixar em média de 0,5 C.

Se houvesse erupções frequentes deste tipo o efeito estufa provocado pelo homem seria anulado ou diminuido.

Em condições normais, aproximadamente metade da transferência de energia do corpo para

o ambiente acontece por meio da radiação.

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Porque existe temperatura mínima mas não existe limite para temperatura

máxima ?

Um pedaço de melancia e um sanduiche retirados da geladeira. Qual

deles esfria mais rápido? Por quê?

A areia do deserto é muito quente durante o dia e muita fira durante a

noite. O que podemos afirmar sobre o calor especifico da areia ?

Porque os vidros das lâmpadas incandescentes são

finos ?

O ambiente se encontra a 20

o

_{C. Seu corpo se encontra a 35}

o

_{C. Qual a perda de energia por}

radiação durante 10 min. Assuma que a emissividade da pele seja 0,9 e que a área total do corpo da

pessoa seja de 1,5m2.

Por que você se queima imediatamente ao encostar nas partes metálicas de um forno ligado, mas não acontece o mesmo se introduzir as mãos no forno?

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9/1/2015 4:39 AM - Recorte de Tela

Por que é possível atravessar um

Piso em brasas ?

Se fosse pedaços de ferro em brasa?

x

Lei dos gases ideais

A experiência mostra que a temperatura T constante temos PV = cte (Lei de Boyle)

Mostra também que a pressão p constante T/V = cte (Lei de Gay-Lussac)

Combinando os dois resultados temos PV = CT onde C é constante

Nosso objetivo é relacionar as propriedades macroscópicas do gás, como pressão p,

temperatura T e ao movimento dos átomos

Veremos que a pressão está relacionada ao momento que os átomos transferem as

paredes de um recipiente e a temperatura está relacionada a energia cinética média das

moléculas de gás

Denominamos esta aproximação de Teoria Cinética dos gases. Ela tem muitos interesses

práticos. Na indústria, saúde e meteorologia...

.

Dois volumes idênticos com mesmo p, V e T ao se juntar manterão a temperatura e a pressão, mas o volume dobra

V,p,T + V,p,T = 2V,p,T

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Para o volume adicionado V' = 2V a constante c dobra

PV' = CT . Concluímos que C =cteXN, onde N é o número de partículas do gás

C = kN, k = constante de Boltzmann = 1,381.10-23 _J/K

Então PV = NkT, onde T é a temperatura absoluta

Podemos fazer N=nNA onde n = número de moles e NA o número de Avogadro = 6,022.1023

PV = nNAkT = nRT

_{R = kNA =8,314 J/molK}

Não existem gases ideais, mas todos se aproximam de tal comportamento quando as pressões dos gases são suficientemente baixas. Gases nobre, como o He, se aproximam mais rapidamente do comportamento ideal. p,V e T descrevem o estado macroscópico do gás

PV = nRT é conhecida como equação de estado do gás ideal.

Para uma quantidade fixa de gás ideal, n moles, temos três variáveis p,V e T. Para densidades mais altas a equação acima não é mais valida e deve ser modificada.

O volume ocupado por um mol de gás ideal a 0 C = 273 K a pressão de 1 atm é 22,4L, qualquer que seja o gás. (Mostre)

Processos realizados a T =cte são ditos isotérmicos PV = nRT c P = cte/V

Para uma dada quantidade de gás, n moles, teremos para qualquer processo termodinâmico PV/T= nR = cte

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Ou seja, em processos distintos 1,2 e 3

P1V1/T1= P2V2/T2= P3V3/T3 =nR = cte

Uma certa massa de gás tem volume de 2L a 30 o_{C a p = 1atm. Se o gás for aquecido a 60}o_{C e}

seu volume reduzido a 1,5 L qual a nova pressão do gás ?

'

Suponha que um gás ideal se expanda a temperatura constate. O diagrama PV é mostrado na figura. Neste caso PV = nRT = cte

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Vamos calcular o trabalho para expandir o gás do estado i para o estado f. Vamos supor que o processo é feito de forma lenta o suficiente para que todos os estados pelos quais ele passe se no equilíbrio ( quase estático)

Um cilindro com um êmbolo em uma das extremidades contém 0,010 mol de um gás ideal a uma temperatura de 280 K _ O êmbolo é empurrado lentamente: fazendo com que o gás seja comprimido isotermicamente até que o volume seja metade do volume original. Qual é o trabalho realizado sobre o gás durante o processo?

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