A radiação térmica é a forma de transferência de energia que ocorre por meio da emissão de ondas eletromagnéticas de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura, sem a necessidade de um meio material para se propagar. Neste processo, os corpos emitem radiação eletromagnética de acordo com a sua temperatura e propriedades. Este fenômeno está presente em diversas situações do nosso cotidiano, como no aquecimento solar, nos fornos de micro-ondas, na irradiação do sol, entre outros. Neste artigo, iremos explorar as propriedades da radiação térmica, exemplos de sua aplicação e como ela é fundamental para diversos processos industriais e tecnológicos.
Exemplos de radiação térmica: entenda como funciona esse fenômeno fundamental na física.
A radiação térmica é um fenômeno fundamental na física que ocorre devido à emissão de energia sob a forma de ondas eletromagnéticas por um corpo aquecido. Essa radiação pode ser observada em diversos exemplos do nosso dia a dia, demonstrando como funciona esse processo.
Um dos exemplos mais comuns de radiação térmica é o calor emitido pelo Sol. A estrela emite uma grande quantidade de energia na forma de radiação térmica, que é responsável por aquecer a superfície da Terra e possibilitar a vida no planeta. Esse calor é transferido através do vácuo do espaço, demonstrando a capacidade da radiação térmica de se propagar mesmo sem um meio material para conduzi-la.
Outro exemplo de radiação térmica é o calor emitido por um ferro de passar roupa. Quando o ferro é ligado, a sua resistência elétrica se aquece e emite radiação térmica que é transferida para as roupas, facilitando o processo de alisamento. Esse calor é perceptível ao tocarmos a superfície do ferro, demonstrando a energia térmica sendo emitida.
Além disso, a emissão de radiação térmica é fundamental para a detecção de corpos celestes distantes no universo. Astrônomos utilizam telescópios para captar a radiação térmica emitida por estrelas, planetas e outros corpos celestes, permitindo estudar suas propriedades e composições.
Através da emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas, a radiação térmica desempenha um papel crucial em diversos processos naturais e tecnológicos.
Quais são os exemplos de condução térmica?
Na condução térmica, o calor se propaga através de um material, sem que haja movimento de partículas. Alguns exemplos comuns de condução térmica incluem:
- Uma colher de metal sendo aquecida em uma panela quente,
- Uma chaleira sendo aquecida em um fogão a gás,
- Uma barra de metal sendo aquecida em uma das extremidades e o calor se propagando ao longo do material,
- Um cabo de panela esquentando quando a panela é colocada no fogão.
A condução térmica é um processo importante em muitos aspectos da vida cotidiana, desde cozinhar alimentos até manter nossas casas aquecidas. Compreender como o calor se propaga através dos materiais nos ajuda a projetar sistemas de isolamento térmico mais eficientes e a melhorar a eficiência energética de nossos dispositivos.
Localização da emissão de calor por um corpo ou superfície aquecida.
A radiação térmica é um processo pelo qual um corpo ou superfície aquecida emite energia na forma de calor. A localização da emissão de calor por um corpo ou superfície aquecida depende da temperatura do objeto em questão. Quanto mais quente o objeto, maior será a quantidade de energia térmica emitida e mais distante será a sua dispersão.
Em um corpo aquecido, a emissão de calor ocorre de forma isotrópica, ou seja, em todas as direções. Isso significa que o calor é emitido de maneira uniforme em todas as direções a partir do corpo aquecido. Já em uma superfície aquecida, a emissão de calor pode ser mais direcionada, dependendo da forma e da geometria da superfície.
Por exemplo, em um forno de micro-ondas, a radiação térmica é emitida de forma direcionada a partir do magnétron, que é o componente responsável por gerar as micro-ondas. Essas micro-ondas são direcionadas para o interior do forno, onde aquecem os alimentos de forma rápida e eficiente.
Quanto mais quente o objeto, maior será a dispersão de calor, enquanto a forma e a geometria da superfície podem influenciar a direção da emissão de calor.
O que são a luz e radiação térmica: conceitos fundamentais da física e da termodinâmica.
A luz é uma forma de energia eletromagnética que é visível aos olhos humanos. Ela se propaga em forma de ondas eletromagnéticas e pode ser produzida por diversas fontes, como o Sol, lâmpadas e dispositivos eletrônicos. A luz possui diferentes cores e comprimentos de onda, que determinam suas propriedades e aplicações.
A radiação térmica, por sua vez, é a emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas devido à temperatura de um corpo. Todos os corpos emitem radiação térmica, independentemente de estarem em contato com outro corpo ou no vácuo. A intensidade e o espectro da radiação térmica dependem da temperatura do corpo em questão.
A radiação térmica possui diversas propriedades, como o fato de se propagar no vácuo, não necessitando de um meio material para se propagar. Ela também pode ser absorvida, refletida ou transmitida por diferentes materiais, dependendo de suas propriedades ópticas. Além disso, a radiação térmica obedece às leis da termodinâmica, como a Lei de Stefan-Boltzmann e a Lei de Wien, que descrevem a relação entre a temperatura de um corpo e a quantidade de radiação térmica emitida.
Alguns exemplos de radiação térmica incluem a radiação emitida pelo Sol, as ondas de calor emitidas por um corpo aquecido e a radiação infravermelha utilizada em aparelhos de visão noturna. Essa forma de radiação possui diversas aplicações em áreas como a medicina, a indústria e a astronomia, sendo fundamental para o estudo e o desenvolvimento de tecnologias relacionadas ao calor e à energia.
Radiação térmica: propriedades, exemplos, aplicações
A radiação térmica é a energia transmitida por um corpo com sua temperatura e os comprimentos de onda do espectro eletromagnético infravermelho. Todos os corpos, sem exceção, emitem alguma radiação infravermelha, por mais baixa que seja a temperatura.
Acontece que, quando estão em movimento acelerado, as partículas eletricamente carregadas oscilam e, graças à sua energia cinética, emitem continuamente ondas eletromagnéticas.
A única maneira de um corpo não emitir radiação térmica é que suas partículas estejam em repouso total. Dessa maneira, sua temperatura seria 0 na escala Kelvin, mas reduzir a temperatura de um objeto a tal ponto é algo que ainda não foi alcançado.
Propriedades de radiação térmica
Uma propriedade notável que distingue esse mecanismo de transferência de calor de outros é que ele não requer um meio material para produzi-lo. Assim, a energia emitida pelo Sol, por exemplo, viaja 150 milhões de quilômetros pelo espaço e atinge a Terra continuamente.
Existe um modelo matemático para saber a quantidade de energia térmica por unidade de tempo que um objeto irradia:
P = A σe T 4
Essa equação é conhecida como lei de Stefan e nela aparecem as seguintes magnitudes:
– Energia térmica por unidade de tempo P , que é conhecida como potência e cuja unidade no Sistema Internacional de Unidades é watt ou watt (W).
-A área de superfície do objeto que emite calor A , em metros quadrados.
-Uma constante, chamada constante Stefan – Boltzman , denotada por σ e cujo valor é 5.66963 x10 -8 W / m 2 K 4 ,
-A emissividade (também chamada emissividade ) do objeto e , uma quantidade adimensional (sem unidades) cujo valor está entre 0 e 1. Está relacionada à natureza do material: por exemplo, um espelho possui baixa emissividade, enquanto um corpo muito escuro possui alta emissividade.
-E finalmente a temperatura T em Kelvin.
Exemplos de radiação térmica
Segundo a lei de Stefan, a taxa em que um objeto irradia energia é proporcional à área, à emissividade e à quarta potência da temperatura.
Como a taxa de emissão de energia térmica depende da quarta potência de T, é evidente que pequenas mudanças de temperatura terão um efeito enorme na radiação emitida. Por exemplo, se a temperatura dobrar, a radiação aumentará 16 vezes.
Um caso especial da lei de Stefan é o radiador perfeito, um objeto completamente opaco chamado corpo negro , cuja emissividade é exatamente 1. Nesse caso, a lei de Stefan se parece com isso:
P = A σ T 4
Acontece que a lei de Stefan é um modelo matemático que descreve aproximadamente a radiação emitida por qualquer objeto, uma vez que considera a emissividade como uma constante. A emissividade realmente depende do comprimento de onda da radiação emitida, do acabamento da superfície e de outros fatores.
Quando e é considerado constante e a lei de Stefan é aplicada conforme indicado no início, o objeto é chamado de corpo cinza .
Os valores de emissividade para algumas substâncias tratadas como corpo cinza são:
-0.05 alumínio polido
-Carvão preto 0,95
-Pele humana de qualquer cor 0,97
-Madeira 0,91
-Gelo 0,92
-Água 0,91
-Cobre entre 0,015 e 0,025
-Aço entre 0,06 e 0,25
A radiação térmica do sol
Um exemplo tangível de um objeto que emite radiação térmica é o Sol. Estima-se que aproximadamente 1370 J de energia na forma de radiação eletromagnética chegue à Terra a partir do Sol a cada segundo.
Esse valor é conhecido como constante solar e cada planeta possui um, que depende de sua distância média do Sol.
Essa radiação passa através de cada m 2 das camadas atmosféricas perpendicularmente e é distribuída em vários comprimentos de onda.
Quase tudo vem na forma de luz visível, mas boa parte chega como radiação infravermelha, que é precisamente o que percebemos como calor, e outra também como raios ultravioleta. É uma grande quantidade de energia suficiente para atender às necessidades do planeta, a fim de capturá-lo e usá-lo convenientemente.
Em termos de comprimento de onda, estas são as faixas dentro das quais a radiação solar que atinge a Terra é encontrada:
– Infravermelho , que percebemos como calor: 100 – 0,7 μm *
– Luz visível , entre 0,7 – 0,4 μm
– Ultravioleta , menos de 0,4 μm
* 1 μm = 1 micrômetro ou um milionésimo de metro.
Lei de Viena
A imagem a seguir mostra a distribuição da radiação em relação ao comprimento de onda para várias temperaturas. A distribuição obedece à lei de deslocamento de Wien, segundo a qual o comprimento de onda da radiação máxima λ max é inversamente proporcional à temperatura T em kelvin:
X max = 2.898. 10 −3 m⋅K
O Sol tem uma temperatura de superfície de aproximadamente 5700 K e irradia principalmente em comprimentos de onda mais curtos, como vimos. A curva mais próxima da do Sol é a de 5000 K, em azul e, é claro, tem o máximo na faixa de luz visível. Mas também emite uma boa parte no infravermelho e no ultravioleta.
Aplicações de radiação térmica
Energia solar
A grande quantidade de energia que o Sol irradia pode ser armazenada em dispositivos chamados coletores e, em seguida, convenientemente transformada e usada como energia elétrica.
Câmeras infravermelhas
São câmeras que, como o nome indica, operam na região de infravermelho, em vez de sob luz visível, como as câmeras comuns. Eles aproveitam o fato de que todos os corpos emitem radiação térmica em maior ou menor grau, dependendo de sua temperatura.
Pirometria
Se as temperaturas forem muito altas, medi-las com um termômetro de mercúrio não é a melhor opção. Para isso, são preferidos pirômetros , através dos quais a temperatura de um objeto é deduzida sabendo sua emissividade, graças à emissão de um sinal eletromagnético.
Astronomia
A luz das estrelas é modelada muito bem com a aproximação do corpo negro, assim como de todo o universo. E, por sua vez, a lei de Wien é freqüentemente usada em astronomia para determinar a temperatura das estrelas, de acordo com o comprimento de onda da luz que elas emitem.
Indústria militar
Os mísseis são direcionados ao alvo por meio de sinais infravermelhos que buscam detectar as áreas mais quentes dos aviões, como motores, por exemplo.
Referências
- Giambattista, A. 2010. Física. 2nd. Ed. McGraw Hill.
- Gómez, E. Condução, convecção e radiação. Recuperado de: eltamiz.com.
- González de Arrieta, I. Aplicações de radiação térmica. Recuperado de: www.ehu.eus.
- Observatório da Terra da NASA. Clima e orçamento energético da Terra. Recuperado de: earthobservatory.nasa.gov.
- Natahenao. Aplicações de calor. Recuperado de: natahenao.wordpress.com.
- Serway, R. Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. 7th. Ed. Cengage Learning.