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Propagação do calor - II
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Irradiação
Quando se coloca uma das mãos em contato direto com a superfície de um aquecedor dágua ou radiador a vapor, o calor a atinge por condução através das paredes do radiador. Se a mão for colocada acima do mesmo, mas sem tocá-lo, o calor a atinge por meio de correntes de convecção de ar aquecido, que se movem para cima. Colocando-se em um dos lados do radiador, ele ainda se torna quente, embora a condução através do ar seja desprezível e esteja fora da trajetória das correntes de convecção. A energia térmica, agora, é transmitida por irradiação: |
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Para a condução e convecção de calor é indispensável a presença de matéria. O calor, no entanto, também se propaga no vácuo, através da irradiação. É desta maneira que os raios do Sol atingem a Terra, o calor se propagando por irradiação à velocidade da luz (3 x 108 m/s): |
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O termo irradiação refere-se à emissão contínua de energia da superfície de todos os corpos. É chamada energia radiante e tem a forma de ondas eletromagnéticas. Essas ondas propagam-se com a velocidade de luz e são transmitidas através do vácuo ou do ar. (Na realidade, transmitem-se melhor no vácuo, pois no ar são parcialmente absorvidas.) Quando atingem um corpo que não lhes é transparente como, por exemplo, a superfície da mão ou as paredes de um quarto, são absorvidas.
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| A energia radiante emitida por uma superfície, por unidade de tempo e de área, depende da natureza e da temperatura do corpo. A baixas temperaturas, a taxa de radiação é pequena e a energia radiante consiste principalmente em comprimentos de onda relativamente longos. À medida que a temperatura aumenta, a taxa de radiação cresce rapidamente, sendo diretamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta (temperatura em graus Kelvin). |
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Por exemplo, um bloco de cobre a temperatura de 100 oC (373K) irradia cerca de 0,03W por cm2 de sua superfície, enquanto a 500o (773K), sua radiação é de 0,54W por cm2, que representa um aumento de 1 700% na irradiação de calor; a 1000o |
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Em qualquer temperatura, a energia radiante emitida é uma mistura de ondas de diferentes comprimentos. Comprimentos de onda na faixa do espectro visível variam de 0,4.10 -6m (violeta) até 0,7.10 -6m (vermelho). Na temperatura de 300oC, quase toda a energia radiante emitida por um corpo tem comprimentos de onda maiores do que esses. Tais ondas são chamadas infravermelhas.
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Quando a temperatura aumenta, os comprimentos de onda desviam-se para valores menores. A 800 oC, um corpo emite bastante energia visível para ser luminoso e aparece avermelhado. Ainda assim, a maior parte da energia radiante ainda está no infravermelho. A 3000oC, que corresponde aproximadamente a temperatura do filamento de um lâmpada incandescente, a energia radiante contém uma proporção suficiente dos comprimentos de onda mais curtos para parecer aos nossos olhos próximo à luz branca.
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| Para a irradiação vale a Lei de Stefan-Boltzmann, obtida experimentalmente, indicando que a taxa de irradiação da energia por uma superfície é proporcional à área da superfície e à quarta potência da temperatura absoluta T (Kelvin), dependendo também da natureza da superfície, descrita por um número adimensional e que está entre 0 e 1: |
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