Termodinâmica I · Episódio 10

A telha que se segura em brasa

Condução e condutividade térmica

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 101 / 21

O caso

Telha branca presa por pinça: centro em brasa a 1 200 °C, bordas a 100 °C

telha LI-900 do ônibus espacial · miolo a 1 200 °C
99,9% sílica · 94% ar em volume
condutividade:
segura pelas bordas, logo ao sair do forno

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 102 / 21

O caso

telha LI-900 do ônibus espacial · miolo a 1 200 °C
99,9% sílica · 94% ar em volume
condutividade:
segura pelas bordas, logo ao sair do forno

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 102 / 21

O caso

telha LI-900 do ônibus espacial · miolo a 1 200 °C
99,9% sílica · 94% ar em volume
condutividade:
segura pelas bordas, logo ao sair do forno

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 102 / 21

O caso

telha LI-900 do ônibus espacial · miolo a 1 200 °C
99,9% sílica · 94% ar em volume
condutividade:
segura pelas bordas, logo ao sair do forno

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 102 / 21

Pergunta do episódio

Com o miolo em brasa, por que a borda não queima a mão?

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 103 / 21

Conceito 1 — Três caminhos do calor

Barra conduzindo, ar subindo sobre a panela, Sol aquecendo através do vazio

condução: matéria parada, energia passa
convecção: fluido se move e leva a energia
radiação: onda · cruza até o vácuo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 104 / 21

Conceito 1 — Três caminhos do calor

condução: matéria parada, energia passa
convecção: fluido se move e leva a energia
radiação: onda · cruza até o vácuo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 104 / 21

Conceito 1 — Três caminhos do calor

condução: matéria parada, energia passa
convecção: fluido se move e leva a energia
radiação: onda · cruza até o vácuo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 104 / 21

Exemplo resolvido — radiação do Sol

Sol a ; onda a , sem matéria no caminho

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 8,3 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 105 / 21

Exemplo resolvido — radiação do Sol

Sol a ; onda a , sem matéria no caminho

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 8,3 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 105 / 21

Exemplo resolvido — radiação do Sol

Sol a ; onda a , sem matéria no caminho

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 8,3 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 105 / 21

Conceito 2 — Condução

Fila de partículas: as perto da chama vibram, as do fim quietas

vibração passa de vizinha a vizinha
sem transporte de matéria · caminho dos sólidos
única seta: sentido do fluxo, quente → frio

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 106 / 21

Conceito 2 — Condução

vibração passa de vizinha a vizinha
sem transporte de matéria · caminho dos sólidos
única seta: sentido do fluxo, quente → frio

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 106 / 21

Conceito 2 — Condução

vibração passa de vizinha a vizinha
sem transporte de matéria · caminho dos sólidos
única seta: sentido do fluxo, quente → frio

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 106 / 21

Exemplo resolvido — barra de cobre

Cobre (), seção de , 0,5 m de comprimento, pontas a 100 e 0 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

da ponta quente para a fria

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 107 / 21

Exemplo resolvido — barra de cobre

Cobre (), seção de , 0,5 m de comprimento, pontas a 100 e 0 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

da ponta quente para a fria

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 107 / 21

Exemplo resolvido — barra de cobre

Cobre (), seção de , 0,5 m de comprimento, pontas a 100 e 0 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

da ponta quente para a fria

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 107 / 21

Conceito 3 — Lei de Fourier

Placa de espessura e e área A; lado T₁ alto, lado T₂ baixo, seta Φ

em W (J/s)
dobra ou → dobra · dobra → metade
entre faces: °C ou K dão o mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 108 / 21

Conceito 3 — Lei de Fourier

em W (J/s)
dobra ou → dobra · dobra → metade
entre faces: °C ou K dão o mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 108 / 21

Conceito 3 — Lei de Fourier

em W (J/s)
dobra ou → dobra · dobra → metade
entre faces: °C ou K dão o mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 108 / 21

Exemplo resolvido — uma hora de vazamento

Fluxo constante de 2 500 W durante 1 h

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 109 / 21

Exemplo resolvido — uma hora de vazamento

Fluxo constante de 2 500 W durante 1 h

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 109 / 21

Exemplo resolvido — uma hora de vazamento

Fluxo constante de 2 500 W durante 1 h

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 109 / 21

Conceito 4 — Condutividade

Barras em escala log: cobre, inox, vidro, madeira, telha

k: propriedade do material ·
cobre 400 · inox 16 · vidro 1,0 · madeira 0,12
k alto: condutor · k baixo: isolante

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1010 / 21

Conceito 4 — Condutividade

k: propriedade do material ·
cobre 400 · inox 16 · vidro 1,0 · madeira 0,12
k alto: condutor · k baixo: isolante

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1010 / 21

Conceito 4 — Condutividade

k: propriedade do material ·
cobre 400 · inox 16 · vidro 1,0 · madeira 0,12
k alto: condutor · k baixo: isolante

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1010 / 21

Exemplo resolvido — telha × cobre

Mesma geometria e mesmo da telha, agora em cobre · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fluxo no cobre: cerca de 198 000 W

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1011 / 21

Exemplo resolvido — telha × cobre

Mesma geometria e mesmo da telha, agora em cobre · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fluxo no cobre: cerca de 198 000 W

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1011 / 21

Exemplo resolvido — telha × cobre

Mesma geometria e mesmo da telha, agora em cobre · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fluxo no cobre: cerca de 198 000 W

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1011 / 21

Conceito 5 — Ar preso

Vidro simples com seta grossa; vidro duplo com ar entre eles e seta fina

ar parado: péssimo condutor
bolsões pequenos travam a convecção
lã, isopor, casaco, telha · janela dupla

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1012 / 21

Conceito 5 — Ar preso

ar parado: péssimo condutor
bolsões pequenos travam a convecção
lã, isopor, casaco, telha · janela dupla

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1012 / 21

Conceito 5 — Ar preso

ar parado: péssimo condutor
bolsões pequenos travam a convecção
lã, isopor, casaco, telha · janela dupla

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1012 / 21

Exemplo resolvido — vidro de janela

Vidro (), , 4 mm; 20 °C dentro, 10 °C fora

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1013 / 21

Exemplo resolvido — vidro de janela

Vidro (), , 4 mm; 20 °C dentro, 10 °C fora

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1013 / 21

Exemplo resolvido — vidro de janela

Vidro (), , 4 mm; 20 °C dentro, 10 °C fora

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1013 / 21

Conceito 6 — A mão sente fluxo

Colheres de metal e de pau ambas a 25 °C; seta grossa e seta fina da mão

na gaveta: as duas a 25 °C
metal tira calor da pele mais depressa
"metal mais frio": erro clássico

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1014 / 21

Conceito 6 — A mão sente fluxo

na gaveta: as duas a 25 °C
metal tira calor da pele mais depressa
"metal mais frio": erro clássico

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1014 / 21

Conceito 6 — A mão sente fluxo

na gaveta: as duas a 25 °C
metal tira calor da pele mais depressa
"metal mais frio": erro clássico

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1014 / 21

Exemplo resolvido — duas colheres

Aço inox ( de 16) e madeira ( de 0,12), mesma forma, mesmo · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1015 / 21

Exemplo resolvido — duas colheres

Aço inox ( de 16) e madeira ( de 0,12), mesma forma, mesmo · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1015 / 21

Exemplo resolvido — duas colheres

Aço inox ( de 16) e madeira ( de 0,12), mesma forma, mesmo · : razão dos fluxos

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1015 / 21

Conceito 7 — Por que a telha se segura

Telha em corte, 5 cm entre miolo e borda, seta de cerca de 24 W

face de 15 cm por 15 cm · 5 cm até a borda
fluxo de lâmpada fraca
borda leve: pouca massa, pouca energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1016 / 21

Conceito 7 — Por que a telha se segura

face de 15 cm por 15 cm · 5 cm até a borda
fluxo de lâmpada fraca
borda leve: pouca massa, pouca energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1016 / 21

Conceito 7 — Por que a telha se segura

face de 15 cm por 15 cm · 5 cm até a borda
fluxo de lâmpada fraca
borda leve: pouca massa, pouca energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1016 / 21

Exemplo resolvido — fluxo na telha

de 0,0485 · área de · espessura de 0,05 m · miolo 1 200 °C, borda 100 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1017 / 21

Exemplo resolvido — fluxo na telha

de 0,0485 · área de · espessura de 0,05 m · miolo 1 200 °C, borda 100 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1017 / 21

Exemplo resolvido — fluxo na telha

de 0,0485 · área de · espessura de 0,05 m · miolo 1 200 °C, borda 100 °C

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1017 / 21

Radar ENEM

Barra de cobre com 800 W certo; 200 W e "cobre mais frio" riscados

✗ multiplicar pela espessura (200 W)
✗ esquecer a área (80 000 W)
✗ espessura em cm ou mm na fórmula
✗ somar k para comparar materiais
✓ · mesma T, k diferente

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1018 / 21

Radar ENEM

✗ multiplicar pela espessura (200 W)
✗ esquecer a área (80 000 W)
✗ espessura em cm ou mm na fórmula
✗ somar k para comparar materiais
✓ · mesma T, k diferente

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1018 / 21

Radar ENEM

✗ multiplicar pela espessura (200 W)
✗ esquecer a área (80 000 W)
✗ espessura em cm ou mm na fórmula
✗ somar k para comparar materiais
✓ · mesma T, k diferente

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1018 / 21

Radar ENEM

✗ multiplicar pela espessura (200 W)
✗ esquecer a área (80 000 W)
✗ espessura em cm ou mm na fórmula
✗ somar k para comparar materiais
✓ · mesma T, k diferente

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1018 / 21

Radar ENEM

✗ multiplicar pela espessura (200 W)
✗ esquecer a área (80 000 W)
✗ espessura em cm ou mm na fórmula
✗ somar k para comparar materiais
✓ · mesma T, k diferente

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 1018 / 21

Resumo em cinco peças