TC1-Aula-26

Transferência de Calor I

Aula 26Aula 26Radiação: Processos e PropriedadesMaio, 2010

Prof. Dr. Odenir de AlmeidaLaboratório de Mecânica dos FluidosBloco 5P – Sala 302Fone: (34) 3239-4040 (614)UFU – Universidade Federal de Uberlandia

Radiação: Processos e PropriedadesRadiação: Processos e PropriedadesRadiação: Processos e PropriedadesRadiação: Processos e Propriedades

Radiação Térmica:

• Não existe a presença de meio material.

• Importância:• processos industriais de aquecimento, resfriamento e secagem;• conversão de energia: combustíveis fósseis e radiação solar;

• Objetivo do estudo:• Objetivo do estudo:• Meios pelos quais a radiação é gerada;• Natureza específica da radiação térmica;• Forma de interação da radiação com a matéria;


Conceitos Fundamentais:

• Resfriamento radiante de um sólido aquecido:

radiação solar

vizinhança, Tviz

• O vácuo impede a perda de energia por condução e convecção.

• No entanto Ts > Tviz a taxa de transferência de calor por radiação líquidaestá saindo da superfície.

• O sólido irá se resfriar até atingir o equilíbrio térmico com a sua vizinhança.

vácuo

sólido, Ts



Resfriamento é associado com a redução da energia interna armazenada pelo sólido

Emissão de radiação térmica pela superfície• Superfície:

• Emite• Emite• Intercepta e absorve radiação do ambiente

• Associa-se a radiação térmica à taxa na qual a energia é emitida pelamatéria como um resultado de sua temperatura não nula.

• A qualquer instante toda a matéria emite radiação térmica.



Mecanismo de emissão:

• Energia libertada em conseqüência de oscilações ou transições dos muitoselétrons que constituem a matéria.

• Oscilações são sustentadas pela energia interna o que as fazem dependerda temperatura da matéria.da temperatura da matéria.

• Assim, associa-se a emissão de radiação térmica à excitação térmica nointerior da matéria.

• Todas as formas de matéria emitem radiação térmica:• gases e sólidos semitransparentes (ex. vidros, sal cristalino a altas temperaturas):fenômenos volumétricos: radiação emitida por um volume finito de

matéria é o efeito integrado de emissão local em todos os pontos do

volume.



Mecanismo de emissão:

• maioria dos sólidos e líquidos:fenômenos superficiais: a radiação emitida pelas moléculas internas é

fortemente absorvida pelas moléculas adjacentes.

Assim, a radiação que for emitida por um sólido, ou por um líquido, provémAssim, a radiação que for emitida por um sólido, ou por um líquido, provémde moléculas que estão, aproximadamente, à distância de 1µm da superfícieexposta. Por essa razão a emissão de um sólido ou de um líquido para o gásou o vácuo que lhes estiver adjacente é encarada como um fenômeno desuperfície.

Emissão de radiação

Gás ou meio semitransparente a alta temperatura

Emissão de radiação

Gás ou vácuo

Sólido ou Líquido

1µm



Natureza do Transporte. Duas Teorias:

• Radiação é a propagação de um conjunto de partículas denominadas fótons;• Propagação de ondas eletromagnéticas;

• Em qualquer caso, atribui-se para a radiação as propriedades de onda• Em qualquer caso, atribui-se para a radiação as propriedades de ondapadrões de frequência ν e de comprimento de onda λ.

• Para a radiação se propagando em um determinado meio, as duaspropriedades estão relacionadas por:

λ= c/ν

onde c é a velocidade da luz no meio. Para a propagação no vácuo,c0 = 2,998 x 108 m/s. A unidade de comprimento de onda é comumente omicrômetro (µm).



• Espectro da radiação eletromagnética



A figura do espectro da radiação eletromagnética mostra:

1. Radiação de pequeno comprimento de onda, raios gama, λ < 105 µm2. Raios X, 10-4 < λ < 10-2 µm3. Raios ultravioletas, 10-2 < λ < 4 x 10-1 µm (interesse para o físico de alta

energia ou engenheiro nuclear)4. Radiação térmica, 10-1 < λ < 102 µm4. Radiação térmica, 10-1 < λ < 102 µm

parte da radiação ultravioleta, 10-1 < λ < 4 x 10-1 µmradiação visível, 10-4 < λ < 10-2 µmradiação infravermelha, 7 x 10-1 < λ < 10-2 µm

5. Microondas, λ > 102 µm (interesse do engenheiro eletricista)

A radiação térmica emitida por uma superfície compreende um certo intervalo de comprimento de onda.



• A grandeza da radiação varia com o comprimento de onda, e se usa otermo espectral para identificar a natureza dessa dependência.

• A radiação emitida é constituída por uma distribuição contínua, não-uniforme, de componentes monocromáticas (um só comprimento de onda).

• A grandeza da radiação em qualquer comprimento de onda e a distribuição• A grandeza da radiação em qualquer comprimento de onda e a distribuiçãoespectral variam com a natureza e com a temperatura da superfícieemissora.



• Conforme se observa na Figura, uma superfície pode emitirreferencialmente numa certa direção, o que provoca uma distribuiçãodirecional da radiação emitida.

• Assim, para se quantificar apropriadamente a transferência radiativa decalor devemos tratar os dois efeitos, o espectral e o direcional.

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