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Investigando uma geladeira

AS TROCAS DE CALOR NA GELADEIRA

2- OS PROCESSOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR QUE OCORREM NA GELADEIRA

As trocas ou transferências de calor entre dois sistemas ou corpos que apresentam diferentes temperaturas podem ser realizadas mediante três processos distintos: condução, convecção, radiação.

Condução

A condução é o processo de transmissão de calor mais eficaz nos sólidos e consiste na propagação de energia através de choques entre as moléculas que constituem o material, sem que haja transporte de matéria.

Os líquidos e gases também transmitem calor por condução, mas a uma taxa bem menor que os sólidos. Mesmo os sólidos diferem muito quanto à sua capacidade de transmitir calor por condução. A condutividade térmica mede a capacidade de um material em conduzir calor. Um material que transmite pouco calor por condução é chamado de mau condutor ou isolante térmico. Quanto menor for a condutividade térmica de um material melhor isolante térmico ele será.

Alguns materiais em ordem crescente de isolamento térmico:

* Prata
* Cobre
* Alumínio
* Tijolo
* Gelo
* Vidro
* Madeira
* Cortiça

Para realizar as atividades experimentais desta seção, você vai precisar dos seguintes materiais:

. 02 termômetros de laboratório (-10 ºC a 110 ºC)
. 01 refrigerador ou freezer para fazer gelo
. gelo picado
. sal
. 02 tubos de ensaio grandes e resistentes ao calor
. 01 fonte de calor do tipo bico de bunsen ou equivalente
. um copinho de plástico
. um pouco de serragem fina

Atividade experimental 1 : A condutividade térmica do gelo

1. Coloque um termômetro dentro de um pequeno copo de plástico contendo água. (Você poderá utilizar copinhos iguais aos usados para tomar café.)
2. Coloque o copo com o termômetro mergulhado na água dentro de um congelador ou freezer.
3. Depois que a água estiver congelada, mergulhe o copinho em água à temperatura ambiente.Desse modo, será possível retirar o pequeno bloco de gelo de dentro do copo, juntamente com o termômetro.
4. Em seguida, você deve colocar o termômetro com o bulbo cercado de gelo em uma mistura de gelo picado com sal. Coloque também um outro termômetro com o bulbo em contato direto com a mistura de gelo picado com sal.
5. Compare os tempos necessários para que a leitura de cada termômetro se estabilize.
6. Troque idéias com seus colegas para explicar os resultados que você encontrou.

Atividade experimental 2: A condutividade térmica da água

1. Coloque água gelada em um tubo de ensaio.
2. Aqueça a parte superior do tubo da maneira indicada na figura.
3. Com a fonte de calor desligada, introduza um termômetro na água da superfície e meça sua temperatura. Logo em seguida introduza o termômetro no fundo do tubo medindo novamente a temperatura.
4. Troque idéias com seus colegas para explicar os valores que você encontrou.

Exercícios

Consulte a tabela da página 11 para responder às questões 1 e 2.
1 – A recomendação a seguir foi obtida do manual de instruções de um refrigerador:
Explique por que é importante seguir essa recomendação.

O excesso de gelo no congelador é prejudicial ao bom funcionamento de seu refrigerador, pois exige maior empenho do motor. Por isso, sempre que o gelo atingir a espessura de um lápis comum (+- 7,0mm) é hora de fazer o desgelo.

2 - Por que a tubulação por dentro da qual circula a substância refrigerante é feita de metal?
3 – O volume interno de uma geladeira é menor que o externo. Com que tipo de material são preenchidas essas paredes? Justifique!

Convecção

A convecção é o processo de transmissão do calor mais eficaz para materiais no estado líquido ou gasoso. Caracteriza-se por movimentos ascendentes de massas de maior temperatura e menor densidade, coordenados com movimentos descendentes de massas de menor temperatura e maior densidade.

Esse processo explica a formação de ventos e correntes marítimas. Nas geladeiras, ele é responsável por transportar o calor retirado dos alimentos até o congelador e também pelo deslocamento das massas de ar frio para as partes mais baixas do interior da geladeira.

O fabricante de geladeiras recomenda que, após o degelo, a aba da gaveta de degelo volte à posição inicial. Assim, o ar que circula dentro da geladeira poderá entrar em contato com o congelador mais facilmente.

A não observância dessa recomendação compromete a eficiência do refrigerador.

Atividade experimental 3: A convecção na água

1. Coloque um pouco de água em um tubo de ensaio.
2. Misture um pouco de serragem fina na água e aqueça a parte de baixo do tubo.
3. Observe o que acontece com a serragem que está dentro da água, enquanto ela se aquece.
4. Troque idéias com seus colegas para explicar o que você observou.

Exercícios:

1 – É possível a transmissão de calor por convecção em materiais que se encontram no estado sólido? Justifique.
2 – No congelador, o ar que existe dentro da geladeira transfere calor para o fluido frigorífico. O que acontece com o ar que foi resfriado?
3 – Você coloca um alimento na prateleira mais baixa do refrigerador, distante do congelador. Por que esse alimento resfria?
4 – Imagine um refrigerador que tivesse o congelador na parte de baixo, no lugar reservado para a gaveta de verduras. Que problemas isso traria para o bom funcionamento do refrigerador?
5 - É no radiador de um refrigerador que o calor retirado dos alimentos é transferido ao ar do ambiente. Os fabricantes de refrigeradores recomendam que a parte de trás desses aparelhos não fique abafada, que não se pendurem roupas para secar nos radiadores. Troque idéias com seus colegas para justificar essa recomendação.

6 – Leia, a seguir, uma recomendação de um fabricante de geladeiras, com relação às prateleiras gradeadas:

Não forre as prateleiras com toalhas, plásticas ou com outros materiais.

A não observância dessa recomendação compromete a eficiência do processo de resfriamento dos alimentos em seu interior. Por que será?
7- As borrachas das portas de geladeiras possuem imã em seu interior. Por que isso melhora a eficiência da geladeira?
8- Os fabricantes de geladeiras recomendam que ela fique ligeiramente inclinada para trás. Porque você acha que isso pode melhorar a eficiência desses aparelhos?

Radiação

Além da condução, os materiais no estado sólido participam dos processos de troca de calor através da radiação.

A radiação é uma forma de transmissão de calor comum a sólidos, líquidos ou gases. Todo corpo que está numa certa temperatura emite energia (calor) através de ondas eletromagnéticas que podem ser absorvidas pelos outros corpos nas vizinhanças. Podemos sentir essa transmissão de energia colocando a mão abaixo de uma chama ou de uma lâmpada acessa. A mão se aquece rapidamente.

A maior velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, 300.000 km/s, acontece no vácuo.

A quantidade de calor efetivamente transmitida através da radiação depende da temperatura do material irradiador. Em termos gerais, podemos dizer que a taxa de radiação de calor cresce com o aumento da temperatura do corpo. A taxa de radiação depende também da pigmentação. Objetos de cor escura são melhores absorvedores e irradiadores de calor.

Diferentemente das transmissões de calor por condução e convecção, a radiação não precisa de um meio para se propagar.

Exercícios:

1 – Você acha que em alguma parte de um refrigerador ocorre troca de calor por radiação? Por quê?
2 – A luz e calor o emitidos pelo Sol se propagam no espaço. Qual o processo de transferência da energia do Sol à Terra?