Laboratório de condução e convecção – barras metálicas, paredes em camadas, correntes de convecção
FísicaTermologia e gasesIdades 17–18
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Entre para usarTrês experimentos virtuais sobre transferência de calor. A: aqueça uma ponta de uma barra (cobre, alumínio, latão, ferro, aço ou vidro), cronometre a queda dos percevejos presos com cera e observe o perfil de temperatura e o calor que entra e sai até o regime estacionário P = kAΔT/L. B: uma parede de até três camadas em série, com resistência térmica R = e/(λA), fluxo de calor Φ = ΔT/R e a temperatura em cada interface. C: correntes de convecção num béquer de água com um cristal de permanganato de potássio e numa caixa de fumaça com uma vela, medindo quanto tempo o corante ou a fumaça leva para dar a volta.
Aula: Condução térmica (lei de Fourier, resistência térmica) e convecção
O que mostra
A condução transmite energia através de um sólido porque as partículas vibram e, nos metais, porque os elétrons livres se movem; a potência que atravessa uma barra ou placa é P = kAΔT/L (lei de Fourier), então bons condutores têm condutividade térmica k grande. Camadas em série somam suas resistências térmicas R = L/(kA), como resistores num circuito. Num fluido, as regiões quentes se dilatam, ficam menos densas e sobem, enquanto o fluido mais frio desce: é uma corrente de convecção.
Como usar
Em A. Condução numa barra, escolha o Material, clique em Começar a aquecer e anote quando cada percevejo cai; use Nova medida para comparar materiais, Comprimento L ou Diâmetro d, e desmarque Barra isolada para ver as perdas pelas laterais. Em B. Parede em camadas, escolha cada camada e sua espessura. Em C. Convecção, clique em Acender bico e Soltar cristal de KMnO₄, ou mude o Fluido para a caixa de fumaça e clique em Acender vela e Colocar papel fumegante.
Parâmetros que você pode mudar
- Experimento A. Condução numa barra, B. Parede em camadas, C. Convecção
- Material da barra Cobre, Alumínio, Latão, Ferro, Aço inoxidável, Vidro
- Comprimento da barra 20–50 cm
- Diâmetro da barra 0,5–3 cm
- Temperatura da ponta quente 40–100 °C
- Barra isolada
- Espessura da camada 2 da parede (isolante) 0–30 cm
- Fluido Água num béquer, Ar numa caixa de fumaça
- Posição da fonte de calor Esquerda, Centro, Direita
- Potência da fonte de calor 20–200 W
Perguntas para explorar
- Por que o percevejo a 5 cm cai primeiro e por que alguns nunca caem?
- No regime estacionário, por que o calor que sai da barra é igual ao que entra?
- Por que o corante roxo sobe acima da chama e desce do outro lado do béquer?
