Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

Grade 10 → Física térmica → Transferência de calor ↓


Radiação


Introdução à transferência de calor

A transferência de calor é um conceito fundamental na física térmica, descrevendo o movimento de energia térmica de um local para outro. O calor pode ser transferido de três maneiras principais: condução, convecção e radiação. Cada método opera sob diferentes princípios e ocorre em diferentes condições. Nesta explicação, focaremos principalmente na radiação, explorando suas características únicas e observando como ela funciona na transferência de calor.

O que é radiação?

A radiação é um método de transferência de calor que não requer um meio para transferir energia térmica. Diferentemente da condução e da convecção, que dependem de partículas para transportar calor, a radiação envolve a transferência de energia por meio de ondas eletromagnéticas. Isso significa que a radiação pode ocorrer até mesmo no vácuo, onde não há partículas presentes.

A radiação é o processo pelo qual a energia, especialmente a energia térmica, é emitida por uma fonte e se espalha em todas as direções através do espaço vazio ou da matéria. Todos os objetos emitem energia por radiação, e a quantidade de energia irradiada aumenta com a temperatura do objeto.

Como a radiação funciona?

A radiação transfere energia emitindo ondas eletromagnéticas. As ondas emitidas estão frequentemente na parte infravermelha do espectro eletromagnético, embora corpos de alta temperatura possam também emitir luz visível e radiação ultravioleta. Quando essas ondas atingem um objeto, elas podem ser absorvidas, refletidas ou transmitidas. A energia absorvida aumenta a energia do objeto, muitas vezes resultando em um aumento da temperatura.

Exemplos de radiação

A radiação está ao nosso redor, e há muitos exemplos que ajudam a explicar como esse processo funciona:

  • O exemplo mais proeminente é o calor que chega à Terra do Sol. Apesar do vácuo do espaço, a energia solar atinge nosso planeta principalmente através da radiação.
  • Uma fogueira que irradia calor para as pessoas sentadas ao redor dela. Você pode sentir o calor sem tocar nas chamas ou no ar ao redor delas.
  • Um processo de micro-ondas em que micro-ondas (uma forma de radiação) aquecem o alimento no interior sem tocar no alimento.

Natureza da energia radiante

A energia radiante viaja na forma de ondas eletromagnéticas. Essas ondas são caracterizadas por seu comprimento de onda e frequência. O espectro eletromagnético inclui uma ampla gama de comprimentos de onda, mas a radiação infravermelha é mais comumente associada à física térmica. Essa parte do espectro está associada ao calor e é o que a maioria dos objetos emite naturalmente.

Espectro Eletromagnético: | | Rádio | Micro-ondas | Infravermelho | Visível | Ultravioleta | Raios X | Raios Gama | |

O comprimento de onda da radiação térmica diminui à medida que a temperatura aumenta. À medida que os objetos ficam mais quentes, eles emitem mais energia em comprimentos de onda mais curtos, que podem mudar de infravermelho para luz visível, como visto em metais incandescentes ou no Sol.

Radiação de corpo negro

Um corpo negro é um corpo físico idealizado que absorve toda a radiação eletromagnética incidente. Um corpo negro idealizado em equilíbrio térmico emite radiação chamada radiação de corpo negro. As características da radiação de corpo negro dependem apenas da temperatura do corpo. A lei de Stefan–Boltzmann descreve a potência radiada de um corpo negro em termos de sua temperatura:

P = σAT^4

Onde:

  • P é a potência radiada.
  • σ é a constante de Stefan–Boltzmann.
  • A é a área de superfície do corpo radiante.
  • T é a temperatura absoluta em Kelvin.

Graficamente, a intensidade da radiação emitida por um corpo negro a uma dada temperatura é representada por uma curva, muitas vezes referida como a curva de Planck. À medida que a temperatura aumenta, o pico dessa curva desloca-se para comprimentos de onda mais curtos, representando a transição da emissão de infravermelho para luz visível.

Fatores que afetam a radiação

Muitos fatores podem afetar a quantidade e o tipo de radiação térmica emitida ou absorvida por uma superfície. Estes incluem:

1. Temperatura

Temperaturas mais altas resultam em emissões mais energéticas e de comprimento de onda mais curto. É por isso que um corpo mais quente não apenas emite mais radiação total, mas também emite radiação em comprimentos de onda mais curtos.

2. Cor e textura da superfície

Superfícies escuras e ásperas absorvem e emitem mais radiação do que superfícies claras e lisas. É por isso que frequentemente é recomendado usar roupas de cores claras no tempo quente, pois reflete mais radiação, mantendo o corpo mais fresco.

3. Área da superfície

Áreas de superfície mais significativas podem emitir mais radiação. Isso explica por que objetos com uma grande área de superfície, como radiadores, emitem calor de forma eficaz para o ambiente.

Aplicações da radiação

A radiação desempenha um papel vital em várias aplicações, sejam elas naturais ou feitas pelo homem. Algumas delas são as seguintes:

1. Energia solar

A principal fonte de energia da Terra é a radiação do Sol. Painéis solares utilizam essa energia para converter radiação solar em eletricidade usando células fotovoltaicas, um processo vital para soluções energéticas sustentáveis.

2. Imagem térmica

A radiação infravermelha é usada em imagens térmicas para detectar calor emitido por objetos ou seres vivos. É amplamente utilizada em equipamentos de visão noturna, diagnóstico médico e inspeção de edifícios para detectar vazamentos de calor.

3. Resfriamento por radiação

Entender a radiação ajuda os engenheiros a projetar sistemas que dissipam calor de forma eficaz por meio de métodos radiativos. Isso é importante no projeto de espaçonaves e eletrônicos que precisam remover calor de forma eficiente em ambientes onde a convecção é impraticável.

Exemplo visual: emissão de radiação

Considere três objetos com diferentes temperaturas; uma chama de vela, um ferro em brasa e uma vela apagada. Vamos imaginar a radiação emitida por cada um:

No esquema acima, o círculo laranja representa a chama da vela, que emite um amplo espectro de radiação, incluindo luz visível. O retângulo vermelho representa o ferro em brasa, que emite principalmente radiação infravermelha. As linhas mostram a distribuição da radiação no espaço.

Conclusão

A radiação é um meio poderoso e essencial de transferência de calor. Sua capacidade de conduzir sem um meio permite transferir energia a longas distâncias, através de um vácuo, e em uma ampla variedade de condições. Ao entender a radiação, podemos entender como a energia é trocada naturalmente e usar esse conhecimento em tecnologia e aplicações que melhoram a qualidade de vida, proporcionam soluções energéticas e expandem nosso entendimento do universo.


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