Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

TEMPERATURA, CALOR E A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 205
mais tempo no ar. Grandes transferências de energia ocorrem nos oceanos pelo mesmo
processo. Finalmente, no Sol, a energia térmica produzida por reações de fusão
nuclear é transportada do centro para a superfície através de gigantescas células de
convecção, nas quais o gás mais quente sobe pela parte central da célula e o gás mais
frio desce pelos lados.
Radiação
um sistema e o ambiente também podem trocar energia através de ondas eletromagnéticas
(a luz visível é um tipo de onda eletromagnética). As ondas eletromagnéticas
que transferem calor são muitas vezes chamadas de radiação térmica para
distingui-las dos sinais eletromagnéticos (como, por exemplo, os das transmissões
de televisão) e da radiação nuclear (ondas e partículas emitidas por núcleos atômicos).
Quando você se aproxima de uma fogueira, é aquecido pela radiação térmica
proveniente do fogo, ou seja, sua energia térmica aumenta ao mesmo tempo em que
a energia térmica do fogo diminui. Não é necessária a existência de um meio material
para que o calor seja transferido por radiação. O calor do Sol, por exemplo,
chega até nós através do vácuo.
A taxa P rad com a qual um objeto emite energia através da radiação eletromagnética
depende da área A da superfície do objeto e da temperatura T dessa área ( em
kelvins) e é dada por
Prad = CTEAT 4 (18-38)
Figura 18-20 Um termograma em
cores falsas mostra a taxa com a qual
a energia é irradiada por um gato. O
branco e o vermelho correspondem às
maiores trocas; o azul (nariz) às menores.
(Edward Kinsman/Photo Researchers)
onde u = 5,6704 X 10-s W/m 2 • K 4 é uma constante física conhecida como constante
de Stefan-Boltzmann em homenagem a Josef Stefan (que descobriu a Eq. 18-38 experimentalmente
em 1879) e Ludwig Boltzmann (que a deduziu teoricamente logo
depois). O símbolo e representa a emissividade da superfície do objeto, que tem u.m
valor entre O e 1, dependendo da composição da superfície. Uma superfície com a
emissão máxima de 1,0 é chamada de radiador de corpo negro, mas uma superfície
como essa é um limite ideal e não existe na natureza. Note que a temperatura da Eq.
18-38 deve estar em kelvins para que uma temperatura de zero absoluto corresponda
à ausência de radiação. Note também que todo objeto cuja temperatura está acima de
O K (como o leitor, por exemplo) emite radiação térmica. (Veja a Fig. 18-20.)
A taxa p com a qual um objeto absorve energia através da radiação térmica
do ambiente, ª~ue supomos estar a uma temperatura uniforme T omb (em kelvins), é
dada por
(18-39)
A emissividade 8
que aparece na Eq. 18-39 é a mesma da Eq. 18-38. Um radiador
de corpo negro ideal, com 8
= l, absorve to.da~ energia eletromagnética que recebe
(em vez de refletir ou espalhar parte da radiaçao).
. t · adia energia para o ambiente enquanto está absorvendo eneromo
um o b ~e o 1rr b" d" -
e
· d b. t li'qui·da p de troca de energia com o am tente porra 1açao
g1a o am 1ente, a axa
11q
térmica é dada por
PHq = Pab\ - Prad = CTEA(T~inb - T4). (18-40)
~ é . . o absorve energia e negativa se o corpo perde energia por
f 11q pos1t1va se o corp
radiação. . _ . bém está envolvida em muitos . casos de pessoas que
ç
10-
A. ra<.11açao té~mJca tam, bra cascavel n1orta. Pequenos furos entre os olhos
rum p1c·1das '. na mao por uma .. , co (F. , • d d' -
1 18 21 ) funcionam como sensores e ra 1açao
e us narina <.lu 1,;ob1 a cus1,;avc _ ig. t por c>.emplo se aproxima de
,. < . 1 , cuo ·,n11nal como un1 r ,l o, '
t l.!r1r11cu . .)u.,nuo urn pcqu .' • ', , 1
• . . 1
. 1· ptu I esses sensores, provo
.1· t 1r11111,;'1 c 1111t1<la pc o .,n1 n1,1 ul\ •
urna i.:usc.:avcl, u r.1u1<Ui·'" e ' h Je O anin,·il t: ,nJl ta veneno. tvles,no que a
~ "I' 'X r < c1u·d a co , ,1
e anl ,nor1. , .
l u u1n at,, 1.: ,i; 41 1 i ' 1.f t-< 11 1 du 111 ,10 qut. sl. llprox1nut
cobr 1 cste1c1 1nu1 l I há l,uu n 1 '
1 1 11 1 1 • ' ,açao c ru 1.., '
Figura 18-21 A cabeça de uma cobra
cascavel possui detectores <le radiação
térn11ca que pl!rm1te1n ao réptil localizar
unta p1csa 1nesn10 na e~cundão total
( l)111•1tl ,\. l\ 1 v1 tlrcott!Corbi.\ hnage s)