Questão de Física - A existência da vida em nosso planeta depende, entre outros fatores, da transferência de calor entre o Sol

A existência da vida em nosso planeta depende, entre outros fatores, da transferência de calor entre o Sol e a Terra. A energia térmica proveniente do Sol está relacionada às reações de fusão nuclear em seu interior, e sua propagação até a Terra se dá por meio de ondas eletromagnéticas. Colocando ao Sol uma jarra metálica contendo água, observa-se um aumento da temperatura tanto da água quanto da jarra, pois há trocas de calor entre água, jarra e ambiente externo aquecido pelo Sol. 

a) A transferência de calor do Sol para a Terra se dá por condução, convecção ou radiação térmica? 

b) As temperaturas da água e da jarra sobem continuamente enquanto elas absorvem a energia térmica proveniente do Sol, ou existe um limite para a temperatura do conjunto jarra-água? Justifique sua resposta.

RESPOSTA:

a) A transferência de calor entre o Sol e a Terra se dá exclusivamente por radiação térmica, já que não existe um meio físico ligando a Terra e o Sol que possibilitaria a transmissão de calor por outras formas. Retome que a radiação é o único processo que pode ocorrer no vácuo. 

b) Existe um limite para a temperatura do conjunto água-jarra. Quando a taxa de absorção de radiação do conjunto for igual à taxa de emissão de radiação e de calor, o equilíbrio térmico terá sido atingido. Retome o conceito de equilíbrio térmico explicando que a mesma temperatura é obtida entre corpos quando a quantidade de energia perdida é igual à recebida.

Questão de Física - Em um dia frio de inverno, Andrea vai da sala ao banheiro.

Em um dia frio de inverno, Andrea vai da sala ao banheiro. Ela está descalça e, ao pisar no piso de ladrilhos do banheiro, sente nos pés um “frio” mais intenso do que sentiu ao pisar no chão de madeira da sala. Explique por que ela teve esse tipo de sensação, dado que todos os ambientes de sua casa estão à mesma temperatura.

RESPOSTA:

A diferença entre as sensações térmicas nos dois ambientes se deve à diferença entre a condutibilidade térmica dos dois materiais. O ladrilho do banheiro parece estar mais frio, pois possui maior condutibilidade térmica do que o piso de madeira da sala, e, portanto, os pés de Andrea perdem calor mais rapidamente para o piso do banheiro do que para o piso da sala, causando essa sensação de frio. Retome a discussão sobre as diferenças dos materiais no que diz respeito à condução de calor.

Questão de Física - No deserto, viajantes usam roupas de lã tanto durante o dia quanto à noite.

No deserto, viajantes usam roupas de lã tanto durante o dia quanto à noite. Os inuítes construíam iglus com blocos de neve compactada. Nas duas situações, como as pessoas alcançam maior conforto térmico?

RESPOSTA:

Tanto a lã como a neve são bons isolantes térmicos (compostos de substâncias com baixa condutibilidade térmica), por isso são utilizadas nas situações descritas. No deserto, os viajantes vestem roupas de lã durante o dia para evitar aquecimento. Sem essa proteção, o viajante não suportaria a transmissão de calor do ambiente, que está a uma temperatura muito mais alta que a do corpo humano. Além disso, as noites no deserto costumam ser muito frias; assim, durante a noite, a roupa de lã tem a função de diminuir o fluxo de calor da pessoa para o ambiente. Os inuítes construíam os iglus com blocos de neve compactada, que não é um bom condutor de calor. A neve mantém a temperatura interna do iglu mais elevada que a temperatura exterior, diminuindo a transmissão de calor do interior para o ambiente externo. Reforce a ideia de que as roupas não esquentam nem esfriam nossos corpos, mas sim dificultam a troca de calor entre o nosso corpo e o ambiente. Comente que a lã é um bom isolante térmico por possuir grande quantidade de ar, ótimo isolante, entre suas fibras. Comente o fato de as roupas dos beduínos serem escuras.

Questão de Física - Que comparação é possível fazer entre as paredes de vidro de uma estufa e a atmosfera terrestre?

Que comparação é possível fazer entre as paredes de vidro de uma estufa e a atmosfera terrestre?

RESPOSTA:

Na estufa, o vidro bloqueia parte da radiação térmica, provocando o aumento da temperatura interna. De forma análoga, os gases que formam a camada acima da atmosfera impedem que determinada parte da radiação solar seja devolvida ao espaço, aprisionando- -a em torno da Terra e estimulando a elevação da temperatura global.

Questão de Física - De que maneira as correntes de convecção propagam o calor no forno de um fogão a gás residencial?

De que maneira as correntes de convecção propagam o calor no forno de um fogão a gás residencial?

RESPOSTA:

Em um forno a gás residencial, os queimadores são normalmente colocados na parte inferior e, ao serem acesos, provocam correntes de convecção do ar no interior do forno, de modo semelhante ao que ocorre com a água sendo aquecida em uma panela, ou seja, o ar é aquecido, sofre expansão, fica menos denso e sobe. Comente sobre a diferença para a situação do ar- condicionado. Quando se quer aquecer o ambiente, é melhor que esse aquecedor fique na parte de baixo, para facilitar a convecção. Por isso, em regiões mais frias, a calefação é instalada na parte de baixo dos ambientes. É possível que algum estudante questione sobre os aparelhos de ar-condicionado que possuem função de aquecimento que, naturalmente, estão instalados na parte de cima dos ambientes. Explique que ele irá aquecer o ar, mas que o processo será mais lento por causa da posição do aparelho.