Physics

Learning Objectives

By the end of this section, you will be able to:

• Discuss heat transfer by radiation.explique a potência dos diferentes materiais.pode sentir a transferência de calor de um fogo e do sol. Da mesma forma, você pode às vezes dizer que o forno é quente sem tocar na porta ou olhar para dentro—ele pode apenas aquecê-lo enquanto você passa. O espaço entre a terra e o sol está em grande parte vazio, sem qualquer possibilidade de transferência de calor por convecção ou condução., Nestes exemplos, o calor é transferido por radiação. Ou seja, o corpo quente emite ondas eletromagnéticas que são absorvidas pela nossa pele: nenhum meio é necessário para que as ondas eletromagnéticas se propagem. Diferentes nomes são usados para ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda: ondas de rádio, microondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios-X e raios gama.
  

  Figura 1. A maior parte da transferência de calor deste fogo para os observadores é através de radiação infravermelha., A luz visível, embora dramática, transfere relativamente pouca energia térmica. A convecção transfere energia para longe dos observadores à medida que o ar quente sobe, enquanto a condução é negligentemente lenta aqui. A pele é muito sensível à radiação infravermelha, de modo que você pode sentir a presença de um fogo sem olhar diretamente para ele. (crédito: Daniel X. O’Neil)

  a energia da radiação eletromagnética depende do comprimento de onda (cor) e varia ao longo de uma ampla gama: um menor comprimento de onda (ou maior frequência) corresponde a uma maior energia., Como mais calor é irradiado a temperaturas mais altas, uma mudança de temperatura é acompanhada por uma mudança de cor. Tomemos, por exemplo, um elemento elétrico em um fogão, que brilha de vermelho para laranja, enquanto o aço de temperatura mais alta em um alto forno brilha de amarelo para branco. A radiação que você sente é principalmente infravermelho, que corresponde a uma temperatura mais baixa do que a do elemento elétrico e do aço. A energia irradiada depende da sua intensidade, que é representada na Figura 2 pela altura da distribuição.,

  As Ondas Eletromagnéticas explicam mais sobre o espectro eletromagnético e a introdução à Física Quântica discute como a diminuição no comprimento de onda corresponde a um aumento na energia.

  

  Figura 2. (a) um gráfico do espectro das ondas electromagnéticas emitidas por um radiador ideal a três temperaturas diferentes. A intensidade ou taxa de emissão de radiação aumenta dramaticamente com a temperatura, e o espectro muda para as partes visíveis e ultravioletas do espectro., A porção sombreada denota a parte visível do espectro. É evidente que a mudança para o ultravioleta com a temperatura faz com que a aparência visível mude de vermelho para branco para azul à medida que a temperatura aumenta. B) tomar nota das variações de cor correspondentes às variações da temperatura da chama. (crédito: Tuohirulla)

  

  a Figura 3. Esta ilustração mostra que o pavimento mais escuro é mais quente do que o pavimento mais claro (muito mais do gelo à direita derreteu), embora ambos tenham estado à luz do sol ao mesmo tempo., A condutividade térmica dos pavimentos é a mesma.

  todos os objectos absorvem e emitem radiação electromagnética. A taxa de transferência de calor por radiação é em grande parte determinada pela cor do objeto. O preto é o mais eficaz, e o branco é o menos eficaz. As pessoas que vivem em climas quentes geralmente evitam usar roupas pretas, por exemplo (ver experiência “Take-Home”: temperatura ao sol). Da mesma forma, o asfalto preto num parque de estacionamento será mais quente do que a calçada cinzenta adjacente num dia de verão, porque o preto absorve melhor do que o cinzento., O reverso também é verdadeiro—preto irradia melhor do que Cinza. Assim, numa clara noite de verão, o asfalto será mais frio do que o passeio cinzento, porque o preto irradia a energia mais rapidamente do que o cinzento. Um radiador ideal é da mesma cor que um absorvedor ideal, e captura toda a radiação que cai sobre ele. Em contraste, o branco é um absorvente pobre e também é um radiador pobre. Um objecto branco reflecte toda a radiação, como um espelho. (Uma superfície branca perfeita e polida é espelho-como na aparência, e um espelho esmagado parece branco.,)

  Gray objects have a uniform ability to absorb all parts of the electromagnetic spectrum. Objetos coloridos se comportam de formas semelhantes, mas mais complexas, o que lhes dá uma cor particular na faixa visível e pode torná-los especiais em outras faixas do espectro não visível. Tomemos, por exemplo, a forte absorção de radiação infravermelha pela pele, que nos permite ser muito sensíveis a ela.

  

  Figura 4. Um objeto preto é um bom absorvedor e um bom radiador, enquanto um objeto branco (ou prata) é um absorvedor pobre e um radiador pobre., É como se a radiação do interior é refletida de volta para o objeto prateado, enquanto a radiação do interior do objeto Negro é “absorvida” quando atinge a superfície e se encontra no exterior e é fortemente emitida.

  A taxa de transferência de calor por radiação emitida é determinado pelo Stefan-Boltzmann lei de radiação:

  \displaystyle\frac{P}{t}=\sigma{e}A^{4}\\,

  onde σ = 5.67 × 10-8 J/s · m2 · K4 é o de Stefan-Boltzmann constante, Uma é a área da superfície do objeto, e T é a sua temperatura absoluta em kelvin., O símbolo e representa a emissividade do objeto, que é uma medida de quão bem ele irradia. Um radiador ideal jet-black (ou corpo negro) tem e = 1, enquanto um refletor perfeito tem e = 0. Objetos reais caem entre estes dois valores. Tome, por exemplo, filamentos de lâmpada de tungstênio que têm um e de cerca de 0,5, e negro de carbono (um material usado no toner de impressora), que tem a emissividade (maior Conhecida) de cerca de 0,99.

  a taxa de radiação é diretamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta-uma dependência de temperatura notavelmente forte., Além disso, o calor irradiado é proporcional à área de superfície do objeto. Se você derruba as brasas de um incêndio, há um aumento notável na radiação devido a um aumento na área de superfície radiante.

  

  Figura 5. Um Termógrafo de parte de um edifício mostra variações de temperatura, indicando onde a transferência de calor para o exterior é mais grave. As janelas são uma importante região de transferência de calor para o exterior das casas. (crédito: U. S., Army)

  Skin is a remarkably good absorber and emitter of infrared radiation, having an emissivity of 0.97 in the infrared spectrum. Assim, todos nós somos quase (jato) preto no infravermelho, apesar das variações óbvias na cor da pele. Esta alta emissividade infravermelha é a razão pela qual podemos sentir tão facilmente a radiação na nossa pele. É também a base para o uso de escopos noturnos usados pelas forças da lei e pelos militares para detectar seres humanos. Mesmo pequenas variações de temperatura podem ser detectadas por causa da dependência T4., Imagens, chamadas termógrafos, podem ser usadas medicamente para detectar regiões de temperatura anormalmente alta no corpo, talvez indicativo de doença. Técnicas similares podem ser usadas para detectar vazamentos de calor nas casas Figura 5, otimizar o desempenho dos altos-fornos, melhorar os níveis de conforto em ambientes de trabalho, e mesmo remotamente mapear o perfil de temperatura da Terra.todos os objetos emitem e absorvem radiação. A taxa líquida de transferência de calor por radiação (absorção menos emissão) está relacionada tanto com a temperatura do objeto quanto com a temperatura de seu entorno., Supondo que um objeto com uma temperatura T1 é rodeado por um ambiente com temperatura uniforme T2, a taxa líquida de transferência de calor por radiação é

  \displaystyle\frac{Q_{\text{net}}}{t}=\sigma{e}^\left(T^4_2-T^4_1\right)\\,

  de Levar para Casa Experimentar: A temperatura em que o Sol

  Coloque um termômetro no sol e protegê-lo da luz solar direta usando uma folha de alumínio. Qual é a leitura? Agora remova o escudo, e repare no que o termómetro diz., Pega num lenço embebido em removedor de esmalte, enrola-o à volta do termómetro e coloca-o ao sol. O que lê o termómetro?

  a Terra recebe quase toda a sua energia da radiação do sol e reflecte parte dela de volta para o espaço exterior. Como o sol é mais quente do que a terra, o fluxo de energia líquido é do sol para a Terra. No entanto, a taxa de transferência de energia é menor do que a equação para a transferência de calor radiativo iria prever porque o sol não preenche o céu. A emissividade média (e) da Terra é de cerca de 0.,65, mas o cálculo deste valor é complicado pelo fato de que a cobertura de nuvens altamente reflexiva varia muito de dia para dia. Há um feedback negativo (um em que uma mudança produz um efeito que se opõe a essa mudança) entre nuvens e transferência de calor; maiores temperaturas evaporam mais água para formar mais nuvens, que refletem mais radiação de volta para o espaço, reduzindo a temperatura. O efeito estufa frequentemente mencionado está diretamente relacionado à variação da emissividade da terra com o tipo de radiação (ver Figura 6)., O efeito estufa é um fenômeno natural responsável por fornecer temperaturas adequadas para a vida na Terra. A temperatura relativamente constante da Terra é o resultado do equilíbrio de energia entre a radiação solar recebida e a energia irradiada da Terra. A maior parte da radiação infravermelha emitida pela Terra é absorvida pelo dióxido de carbono (CO2) e pela água (H2O) na atmosfera e, em seguida, re-irradiada de volta para a terra ou para o espaço exterior., A re-radiação de volta à Terra mantém a temperatura da superfície cerca de 40ºC mais alta do que seria se não houvesse atmosfera, semelhante à forma como o vidro aumenta as temperaturas em uma estufa.

  

  Figura 6. O efeito estufa é um nome dado ao aprisionamento de energia na atmosfera terrestre por um processo semelhante ao usado em estufas. A atmosfera, tal como o vidro da janela, é transparente à radiação visível e à maior parte dos infravermelhos do sol. Estes comprimentos de onda são absorvidos pela terra e re-emitidos como infravermelhos., Uma vez que a temperatura da Terra é muito menor do que a do sol, o infravermelho irradiado pela Terra tem um comprimento de onda muito mais longo. A atmosfera, como o vidro, prende estes raios infravermelhos mais longos, mantendo a terra mais quente do que seria de outra forma. A quantidade de armadilhas depende de concentrações de gases vestigiais como o dióxido de carbono, e acredita-se que uma mudança na concentração destes gases afeta a temperatura da superfície da Terra.,o efeito estufa também é central para a discussão sobre o aquecimento global devido à emissão de dióxido de carbono e metano (e outros chamados gases de efeito estufa) para a atmosfera terrestre a partir da produção industrial e agricultura. As alterações climáticas globais podem levar a tempestades mais intensas, alterações de precipitação (afectando a agricultura), redução da biodiversidade das florestas tropicais e aumento do nível do mar.

  

  Figura 7., Este fogão solar simples, mas eficaz, usa o efeito estufa e material reflexivo para capturar e reter a energia solar. Feito de materiais baratos e duráveis, economiza dinheiro e mão-de-obra, e é de especial valor econômico nos países em desenvolvimento pobres em energia. (crédito: E. B. Kauai)

  aquecimento e arrefecimento são frequentemente contribuintes significativos para a utilização de energia em habitações individuais., Os esforços atuais de pesquisa para desenvolver casas ambientalmente amigáveis muitas vezes se concentram na redução do aquecimento convencional e resfriamento através de melhores materiais de construção, posicionando estrategicamente janelas para otimizar o ganho de radiação do sol, e espaços de abertura para permitir a convecção. É possível construir uma casa de energia zero que permite uma vida confortável na maioria das partes dos Estados Unidos com verões quentes e úmidos e invernos frios.por outro lado, o espaço escuro é muito frio, cerca de 3K (- 454ºF), de modo que a Terra irradia energia para o céu escuro., Devido ao fato de que as nuvens têm menor emissividade do que os oceanos ou as massas de terra, elas refletem alguma da radiação de volta à superfície, reduzindo significativamente a transferência de calor para o espaço escuro, assim como reduzem grandemente a transferência de calor para a atmosfera durante o dia. A taxa de transferência de calor do solo e gramíneas pode ser tão rápida que a geada pode ocorrer em noites de verão claras, mesmo em latitudes quentes.

  Verifique a sua compreensão

  Qual é a alteração na taxa de calor irradiado por um corpo à temperatura T1 = 20ºC em comparação com quando o corpo está à temperatura T2 = 40ºC?,

  solução

  o calor irradiado é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta. Como T1 = 293 K e T2 = 313 K, a taxa de transferência de calor aumenta em cerca de 30 por cento da taxa original.o custo da energia é geralmente considerado muito elevado para o futuro previsível. Assim, o controlo passivo da perda de calor nas habitações comerciais e domésticas tornar-se-á cada vez mais importante., Os consultores de energia medem e analisam o fluxo de energia dentro e fora das casas e garantem que uma troca saudável de ar seja mantida dentro da casa. As perspectivas de emprego para um consultor de energia são fortes.

  estratégias de resolução de problemas para os métodos de transferência de calor

  1. Examine a situação para determinar que tipo de transferência de calor está envolvido.identificar o(S) Tipo (s) de transferência de calor—condução, convecção ou radiação.
  2. identificar exatamente o que precisa ser determinado no problema (identificar as incógnitas). Uma lista escrita é muito útil.,
  3. Faça uma lista do que é dado ou pode ser inferido a partir do problema como indicado (identificar os knowns).
  4. resolve a equação apropriada para a quantidade a ser determinada (o desconhecido).
  5. Para Condução, a equação \displaystyle\frac{Q}{t}=\frac{kA\left(T_2-T_1\right)}{d}\\ é apropriada. A tabela 1 na condução lista condutividade térmica. Para convecção, determinar a quantidade de matéria movida e usar a equação Q = mcΔT, para calcular a transferência de calor envolvida na mudança de temperatura do fluido., Se uma mudança de fase acompanhar a convecção, a equação Q = mLf ou Q = mLv é apropriada para encontrar a transferência de calor envolvida na mudança de fase. A tabela 1, Em Mudança de fase e calor latente, lista informações relevantes para a mudança de fase. Para a radiação, a equação \displaystyle\frac{Q_{\text{net}}} {t}= \ sigma{e}a\left (T^4_2-T^4_1\right)\\ dá a taxa líquida de transferência de calor.
  6. inserir os conhecimentos juntamente com as suas unidades na equação apropriada e obter soluções numéricas completas com unidades.Verifique a resposta para ver se é razoável. Faz sentido?,perguntas conceptuais ao ver um circo diurno numa tenda grande e escura, sente uma transferência de calor significativa da tenda. Explique por que isso ocorre.satélites projetados para observar a radiação do espaço escuro frio (3 K) possuem sensores que são sombreados do sol, da terra e da lua e que são resfriados a temperaturas muito baixas. Porque é que os sensores devem estar a baixa temperatura?porque é que as noites nubladas são geralmente mais quentes do que as claras?,porque é que os Termómetros utilizados em estações meteorológicas estão protegidos do sol? O que mede um termómetro se estiver protegido do sol e também se não estiver?em média, a terra seria mais quente ou mais fria sem a atmosfera? Explique a sua resposta.

  problemas &exercícios

  1. a que velocidade líquida o calor irradia de um telhado preto de 275 m2 numa noite em que a temperatura do telhado é de 30,0 ºC e a temperatura circundante é de 15,0 ºC? A emissividade do telhado é 0,900.,
  2. (A) as brasas de cereja-vermelha em uma lareira estão a 850ºC e têm uma área exposta de 0,200 m2 e uma emissividade de 0,980. A sala circundante tem uma temperatura de 18,0 ºC. Se 50% da energia radiante entra na sala, Qual é a taxa líquida de transferência de calor radiante em quilowatts? b) a sua resposta apoia a afirmação de que a maior parte da transferência de calor para uma sala por uma lareira vem da radiação infravermelha?a radiação torna impossível estar perto de um fluxo de lava quente. Calcular a taxa de transferência de calor por radiação de 1,00 m2 de 1200ºC de lava fresca para 30.,0ºC à volta, assumindo que a emissividade da lava é 1,00.
  3. (a) Calcule a taxa de transferência de calor por radiação de um radiador de carro a 110ºC para um ambiente de 50,0 ºC, se o radiador tiver uma emissividade de 0,750 e uma superfície de 1,20 m2. b) trata-se de uma fracção significativa da transferência de calor por um motor automóvel? Para responder a isso, assumir uma potência de 200 hp(1,5 kW) e a eficiência dos motores de automóveis como 25%.
  4. Encontra a taxa líquida de transferência de calor por radiação de um esquiador à sombra, dado o seguinte., Ela está completamente vestida de branco (da cabeça aos pés, incluindo uma máscara de esqui), as roupas têm uma emissividade de 0,200 e uma temperatura de superfície de 10,0 ºC, os arredores estão a−15,0 ºC, e sua área de superfície é 1,60 m2.suponha que entra numa sauna com uma temperatura ambiente de 50,0 ºC. (a) Calcule a taxa de transferência de calor para você pela radiação dada a sua temperatura da pele é de 37,0 ºC, a emissividade da pele é de 0,98, ea área de superfície do seu corpo é de 1,50 m2., (b) Se todas as outras formas de transferência de calor são equilibradas (a transferência líquida de calor é zero), a que taxa a sua temperatura corporal aumentará se a sua massa for 75,0 kg?a termografia é uma técnica para medir o calor radiante e detectar variações nas temperaturas superficiais que podem ser clinicamente, ambientalmente ou militarmente significativas.(a) qual é o aumento percentual na taxa de transferência de calor por radiação de uma determinada área a uma temperatura de 34,0 º C em comparação com a de 33,0 º C, como na pele de uma pessoa?, (b) Qual é o aumento percentual na taxa de transferência de calor por radiação de uma determinada área a uma temperatura de 34,0 º C em comparação com a de 20,0 º C, como para capas de automóveis quentes e frios?
     

     Figura 8. A versão artística de um Termógrafo da parte superior do corpo de um paciente, mostrando a distribuição de calor representado por diferentes cores.

  5. o sol irradia como um corpo negro perfeito com uma emissividade de exatamente 1. a) calcular a temperatura da superfície do sol, dado que se trata de uma esfera com um 7.,Raio 00 × 108-m que irradia 3,80 × 1026 W para um espaço de 3-K. b) quanta energia irradia o sol por metro quadrado da sua superfície? c) quanto de potência em watts por metro quadrado é esse valor à distância da Terra, a 1,50 × 1011 m de distância? (Este número é chamado de constante solar.um grande corpo de lava de um vulcão parou de fluir e está lentamente arrefecendo. O interior da lava está a 1200ºC, a sua superfície está a 450ºC, e os arredores estão a 27,0 ºC. a) calcular a velocidade a que a energia é transferida por radiação a partir de 1.,00 m2 de lava de superfície no entorno, assumindo que a emissividade é 1,00. (B) suponha que a condução de calor para a superfície ocorre na mesma taxa. Qual é a espessura da lava entre a superfície de 450ºC e o interior de 1200ºC, assumindo que a condutividade da lava é a mesma que a do tijolo?
  6. Calcule a temperatura que todo o céu teria de ter para transferir energia por radiação a 1000 W / m2—cerca da velocidade a que o sol irradia quando está diretamente sobre um dia claro., Este valor é a temperatura efetiva do céu, uma espécie de média que leva em conta o fato de que o sol ocupa apenas uma pequena parte do céu, mas é muito mais quente do que o resto. Suponha que o corpo que recebe a energia tem uma temperatura de 27,0 ºC.a) um cavaleiro sem camisa debaixo de uma tenda de circo sente o calor que irradia da parte iluminada pelo sol da tenda. Calcule a temperatura da lona da tenda com base na seguinte informação: a temperatura da pele do motociclista sem camisa é de 34,0 ºC e tem uma emissividade de 0,970. A área exposta da pele é de 0, 400 m2., Ele recebe radiação à taxa de 20,0 W-metade do que você calcularia se toda a região atrás dele fosse quente. O resto do ambiente está a 34,0 ºC. (B) discutir como esta situação mudaria se o lado iluminado do sol da tenda fosse quase branco puro e se o motociclista fosse coberto por uma túnica branca.conceitos integrados. Um dia de 30,0 ºC a humidade relativa é de 75,0%, e nessa noite a temperatura cai para 20,0 ºC, bem abaixo do ponto de orvalho. a) quantos gramas de condensação de água por metro cúbico de ar? b) quanta transferência de calor ocorre por esta condensação?, (C) Que aumento de temperatura poderia causar no ar seco?conceitos integrados. Grandes meteoros às vezes atingem a Terra, convertendo a maior parte de sua energia cinética em energia térmica. a) qual é a energia cinética de um meteoro de 109 kg que se move a 25,0 km/s? b) Se este meteoro aterrar num oceano profundo e 80% da sua energia cinética entrar na água de aquecimento, quantos quilos de água poderia aumentar em 5,0 ºC? (C) discutir como a energia do meteoro é mais provável de ser depositada no oceano e os efeitos prováveis dessa energia.conceitos integrados., Os resíduos congelados das casas de banho dos aviões foram por vezes acidentalmente ejectados a grande altitude. Normalmente ela se rompe e se dispersa por uma grande área, mas às vezes ela se mantém unida e atinge o chão. Calcular a massa de gelo de 0ºC que pode ser derretido pela conversão de energia cinética e potencial gravitacional quando um pedaço de resíduo congelado de 20,0 kg é liberado a 12,0 km de altitude enquanto se move a 250 m / s e atinge o solo a 100 m / s (uma vez que menos de 20,0 kg derrete, um resultado significativo de confusão).conceitos integrados., a) uma grande instalação de energia eléctrica produz 1600 MW de” calor residual”, que é dissipado para o ambiente em Torres de arrefecimento, aquecendo o ar que flui através das torres em 5,00 ºC. Qual é o caudal de ar necessário em m3/s? (b) seu resultado é consistente com as grandes torres de resfriamento usadas por muitas grandes usinas elétricas?conceitos integrados. (a) suponha que você começa um treino em um Stairmaster, produzindo energia na mesma velocidade que subir 116 escadas por minuto. Assumindo que a sua massa é de 76,0 kg e a sua eficiência é de 20.,0%, quanto tempo vai demorar para a temperatura corporal subir 1,00 ºC se todas as outras formas de transferência de calor para dentro e para fora do corpo estiverem equilibradas? (b) Isto é consistente com sua experiência em se aquecer durante o exercício?conceitos integrados. Uma pessoa de 76, 0 kg que sofre de hipotermia entra em casa e treme vigorosamente. Quanto tempo demora a transferência de calor para aumentar a temperatura corporal da pessoa em 2,00 ºC se todas as outras formas de transferência de calor estão equilibradas?conceitos integrados. Em certas grandes regiões geográficas, a rocha subjacente é quente., Os poços podem ser perfurados e a água circula através da rocha para transferência de calor para a geração de eletricidade. a) calcular a transferência de calor que pode ser extraída por arrefecimento de 1,00 km3 de granito a 100ºC. b) Quanto tempo levará para a transferência de calor à taxa de 300 MW, assumindo que nenhuma transferência de calor de volta para a 1.00km3 de rocha pelo seu entorno?conceitos integrados. O calor transfere-se dos pulmões e das vias respiratórias pela evaporação da água. a) calcular o número máximo de gramas de água que pode ser evaporado quando se inala 1.,50 L de 37ºC de ar, com uma humidade relativa original de 40,0%. (Suponha que a temperatura corporal também é de 37ºC.) B) quantos joules de energia são necessários para evaporar esta quantidade? c) Qual é a taxa de transferência de calor em watts a partir deste método, se respirar a uma taxa normal de repouso de 10,0 respirações por minuto?conceitos integrados. a) qual é o aumento da temperatura da água que cai 55,0 m sobre as Cataratas do Niágara? b) que fracção deve evaporar para manter a temperatura constante?conceitos integrados. O ar quente sobe porque se expandiu., Ele então desloca um maior volume de ar frio, o que aumenta a força flutuante sobre ele. (a) Calcule a relação entre a força flutuante e o peso de ar de 50,0 ºC rodeado por ar de 20,0 ºC. (b) Que energia é necessária para fazer com que 1.00m3 de ar passe de 20.0 ºC para 50.0 ºC? (C) Que energia potencial gravitacional é obtida por este volume de ar Se subir 1,00 m? Isto irá causar um arrefecimento significativo do ar?resultados pouco razoáveis. (a) qual é o aumento de temperatura de uma pessoa de 80,0 kg que consome 2500 kcal de alimento em um dia com 95,0% da energia transferida como calor para o corpo?, b) O que é irracional sobre este resultado? c) que Premissa ou pressuposto é responsável?resultados pouco razoáveis. Um inventor Ártico ligeiramente perturbado rodeado de gelo acha que seria muito menos mecanicamente complexo arrefecer um motor de carro derretendo gelo nele do que por ter um sistema arrefecido a água com um radiador, bomba de água, anticongelante, e assim por diante. (a) se 80,0% da energia em 1,00 gal de gasolina é convertida em “calor residual” em um motor de carro, quantos quilos de gelo 0ºC poderia derreter? b) se se tratar de uma quantidade razoável de gelo a transportar para arrefecer o motor durante 1.,00 gal de consumo de gasolina? c) quais as premissas ou pressupostos que não são razoáveis?resultados pouco razoáveis. (a) Calcule a taxa de transferência de calor por condução através de uma janela com uma área de 1,00 m2, que é 0.750 cm de espessura, se a sua superfície interna é de 22,0 ºC e a sua superfície exterior é de 35,0 ºC. b) O que é irracional sobre este resultado? c) que Premissa ou pressuposto é responsável?resultados pouco razoáveis. Um meteorito de 1,20 cm de diâmetro é tão quente imediatamente após penetrar na atmosfera que irradia 20,0 kW de potência., (a) qual é a sua temperatura, se os arredores estão a 20,0 ºC e tem uma emissividade de 0,800? b) O que é irracional sobre este resultado? c) que Premissa ou pressuposto é responsável?
  7. Construa o seu próprio problema. Considere um novo modelo de avião comercial com seus freios testados como parte do procedimento inicial de permissão de voo. O avião é levado para a velocidade de decolagem e, em seguida, parado apenas com os freios. Construir um problema no qual você calcula o aumento de temperatura dos freios durante este processo., Você pode assumir que a maior parte da energia cinética do avião é convertida em energia térmica nos freios e materiais circundantes, e que pouco escapa. Note que se espera que os freios fiquem tão quentes neste procedimento que eles acendam e, para passar no teste, o avião deve ser capaz de suportar o fogo por algum tempo sem uma conflagração geral.
  8. Construa o seu próprio problema. Considere uma pessoa ao ar livre numa noite fria. Construir um problema no qual você calcula a taxa de transferência de calor da pessoa por todos os três métodos de transferência de calor., Faça as circunstâncias iniciais de tal modo que em repouso a pessoa terá uma transferência líquida de calor e, em seguida, decidir quanto atividade física de um tipo escolhido é necessário para equilibrar a taxa de transferência de calor. Entre as coisas a considerar estão o tamanho da pessoa, tipo de roupa, taxa metabólica inicial, Condições do céu, quantidade de água evaporada, e volume de ar respirado. Claro, há muitos outros fatores a considerar e seu instrutor pode querer orientá-lo nas suposições feitas, bem como o detalhe da análise e método de apresentação de seus resultados.,

     efeito de estufa: aquecimento da Terra que é devido a gases como o dióxido de carbono e o metano, que absorvem a radiação infravermelha da superfície da Terra e reradiate-lo em todas as direções, assim, o envio de uma fração de volta em direção à superfície da Terra

     taxa líquida de transferência de calor por radiação: é \displaystyle\frac{{Q}_{\text{net}}}{t}=\sigma eA\left({T}_{2}^{4}-{T}_{1}^{4}\right)\\

     radiação: energia transferida por ondas eletromagnéticas diretamente como resultado de uma diferença de temperatura

     Selecionado Soluções para os Problemas & Exercícios

     1., -21,7 kW; note-se que a resposta negativa implica perda de calor para o ambiente.3. -266 kW

     5. – 36, 0 W

     7. a) 1, 31%; B) 20, 5%

     9. a) – 15, 0 kW; b)4, 2 cm

     11. (a) 48,5 º C; (B) um objeto branco puro reflete mais da energia radiante que o atinge, de modo que uma tenda branca impediria que mais da luz solar aquecesse o interior da Tenda, e a túnica branca impediria que o calor que entrou na tenda de aquecer o motociclista. Portanto, com uma tenda branca, a temperatura seria inferior a 48.,5 ° C, e a taxa de calor radiante transferido para o motociclista seria inferior a 20.0 W.

     13. (a) 3 × 1017 J; (B) 1 × 1013 kg; (C) Quando um grande meteoro atinge o oceano, causa grandes ondas de maré, dissipando grande quantidade de sua energia na forma de energia cinética da água.15. a) 3,44 × 105 m3 / s; B) equivalente a 12 milhões de pés cúbicos de ar por segundo. Isso é tremendo. Isto é muito grande para ser dissipado aquecendo o ar em apenas 5ºC. Muitas dessas torres de resfriamento usam a circulação de ar mais frio sobre a água mais quente para aumentar a taxa de evaporação., Isso permitiria quantidades muito menores de ar necessário para remover uma quantidade tão grande de calor, porque a evaporação remove quantidades maiores de calor do que o considerado na parte a).17. 20, 9 min

     19. a) 3,96 × 10-2 g; B) 96,2 J; C) 16,0 W

     21. (a) 1.102; (B) 2.79 × 104 J; (C) 12.6 J. isto não vai causar um resfriamento significativo do ar porque é muito menor do que a energia encontrada na Parte (B), que é a energia necessária para aquecer o ar de 20.0 ºC a 50.0 ºC.22. (a) 36ºC; (b) qualquer aumento de temperatura superior a cerca de 3ºC seria excessivamente grande., Neste caso, a temperatura final da pessoa subiria para 73ºC(163ºF); (c) a suposição de 95% de retenção de calor não é razoável.24. a) 1,46 kW; B) perdas de energia muito elevadas através de uma janela. Um aquecedor elétrico desta energia pode manter uma sala inteira quente; (C) As temperaturas da superfície da janela não diferem em uma quantidade tão grande como se supõe. A superfície interna será mais quente, e a superfície exterior será mais fria.

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