Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

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radiação de calor


Transferência de calor é um conceito fundamental no estudo de física e termodinâmica. Quando um objeto está a uma temperatura diferente do ambiente ao seu redor, a transferência de calor ocorre, movendo energia de um objeto de temperatura mais alta para um ambiente ou objeto de temperatura mais baixa. Existem três modos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. Nesta explicação detalhada, mergulharemos nas complexidades da radiação de calor, explicaremos o que é, como funciona e forneceremos exemplos para ajudar a ilustrar seus muitos aspectos.

O que é radiação de calor?

Radiação é o processo pelo qual o calor é transferido através de ondas eletromagnéticas. Ao contrário da condução e da convecção, que dependem da presença de partículas e meios, a radiação não precisa de meio; ela pode ocorrer no vácuo. Essa característica permite ao Sol aquecer a Terra, já que não há um meio físico direto entre eles nas vastas distâncias do espaço.

Compreendendo o processo

A radiação envolve a emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas. Todos os objetos emitem radiação térmica a temperaturas acima do zero absoluto. A energia emitida depende da temperatura do objeto; à medida que a temperatura aumenta, a energia emitida como radiação também aumenta.

Lei de Planck

Lei de Planck descreve quanta radiação eletromagnética é emitida por um corpo negro em equilíbrio térmico a uma temperatura dada. A fórmula pode ser escrita como:

B(λ, T) = (2hc^2 / λ^5) * (1 / (e^(hc / λkT) - 1))

Onde:

  • B(λ, T) é a irradiância espectral.
  • λ é o comprimento de onda.
  • h é a constante de Planck.
  • c é a velocidade da luz no vácuo.
  • k é a constante de Boltzmann.
  • T é a temperatura absoluta do corpo.

Características e propriedades da radiação térmica

Algumas características importantes da radiação térmica são as seguintes:

  • Faixa de comprimento de onda: Radiação térmica cai principalmente na região do infravermelho do espectro eletromagnético, embora também se estenda para as regiões da luz visível e ultravioleta em temperaturas mais altas. À medida que a temperatura aumenta, o comprimento de onda máximo da radiação emitida desloca-se para comprimentos de onda menores.
  • Propriedades da superfície: A emissividade de uma superfície determina quão eficazmente ela emite radiação térmica. Um objeto real não emite radiação tão eficientemente quanto um corpo negro, mas a emissividade determina quão perfeita é a emissividade em relação a um corpo negro perfeito.
  • Dependência da temperatura: A lei de Stefan–Boltzmann afirma que a energia total emitida por unidade de área de superfície de um corpo negro é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta do corpo.
Lei de Stefan-Boltzmann

A lei de Stefan-Boltzmann pode ser representada pela fórmula:

E = σT^4

Onde:

  • E é a energia radiada por unidade de área.
  • σ é a constante de Stefan–Boltzmann (aproximadamente 5.67 × 10^-8 W/m^2K^4).
  • T é a temperatura absoluta do corpo negro.

Exemplos de radiação

O conceito de radiação pode ser melhor compreendido através de exemplos práticos e visuais:

Sol

Este diagrama mostra o Sol irradiando calor para a Terra, apesar do vácuo do espaço. O Sol, estando a uma temperatura muito alta, emite uma grande quantidade de radiação infravermelha, que viaja através do vácuo do espaço para aquecer a Terra.

Outro exemplo comum é uma fogueira. Quando você se senta próximo a uma fogueira, sente calor mesmo sem tocá-la. Esse calor é devido ao calor vindo diretamente do fogo para a sua pele.

Exemplo prático: cálculo do calor radiado

Vamos calcular a energia irradiada por um filamento de tungstênio em uma lâmpada com eficiência de emissão de 0.35, 0.01 m² de área de superfície e 3000 K de temperatura usando a lei de Stefan-Boltzmann:

E = εσT^4

Onde:

  • A ε do tungstênio é (0.35).
  • σ é a constante de Stefan–Boltzmann (5.67 × 10^-8 W/m²K^4).
  • T é a temperatura em Kelvin (3000 K).

Substitua os valores conhecidos na equação:

E = 0.35 × 5.67 × 10^-8 W/m²K^4 × (3000 K)^4 E = 0.35 × 5.67 × 10^-8 × 8.1 × 10^13 E = 0.35 × 4.5927 × 10^6 E = 1.6074 × 10^6 W/m²

Assim, a energia irradiada pelo filamento é cerca de 1.6074 × 10^6 W/m².

Visualização da emissão de radiação

objetoCalor irradiado

Neste diagrama, vemos um objeto emitindo radiação em diferentes direções. Esta radiação emitida viaja para longe do objeto em linhas retas, simbolizando o calor sendo irradiado para o espaço ao redor.

Aplicações práticas da radiação

A radiação de calor possui muitas aplicações práticas na vida cotidiana e na ciência:

  • Imagem térmica: Dispositivos como câmeras de visão noturna detectam radiação infravermelha para "ver" objetos na completa escuridão e operam no princípio da radiação emitida por objetos quentes.
  • Painéis solares: Painéis solares coletam radiação eletromagnética do sol e a convertem em eletricidade, permitindo usos práticos da energia solar térmica.
  • Cozimento: Fornos de microondas e grelhadores infravermelhos usam ondas eletromagnéticas para aquecer alimentos rapidamente e eficientemente através da radiação.
  • Climatologia: Compreender o balanço de radiação da Terra é importante para estudar o aquecimento global e os padrões climáticos.

Fatores que afetam a radiação

Vários fatores afetam a taxa e eficiência da radiação de calor:

  • Temperatura da superfície: Quanto maior a temperatura da superfície, maior a radiação de calor.
  • Área da superfície: Superfícies maiores emitem mais calor.
  • Emissividade: Materiais com alta emissividade são radiadores eficientes de calor.

Exemplo: Papel da cor na radiação

A cor de um objeto desempenha um papel importante em sua absorção e emissão de radiação. Objetos mais escuros absorvem e emitem mais radiação do que objetos de cores mais claras, razão pela qual roupas pretas parecem mais quentes quando expostas à luz do sol do que roupas brancas.

Conclusão

Compreender a radiação de calor é essencial em muitos ramos da física e aplicações práticas. Desde o calor do Sol até a eficiência dos painéis solares, a radiação desempenha um papel fundamental em como entendemos e usamos a energia. Compreender como os objetos emitem e absorvem radiação térmica pode fornecer insights sobre muitos fenômenos, desde eventos cotidianos até tecnologia avançada e ciência ambiental. Com essa compreensão mais ampla da radiação de calor, podemos entender melhor seu papel no mundo físico e suas interações.


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