Condução, Convecção, Irradiação. Modalidades de Transmissão de calor.

quarta-feira, 8 de fevereiro de 2012


Mecanismos de Transmissão de Calor: Condução, Convecção e Irradiação
by Roberto M.
Por que queimamos a mão quando seguramos a ponta de uma colher cuja outra ponta estava dentro de uma panela com água fervente? 
Por que o ambiente esfria quando ligamos o aparelho de ar condicionado
Como é a propagação do calor do Sol até nosso planeta?
Como se transmite calor de um corpo para outro? 
Como se transmite calor dentro de um mesmo corpo? 

Vimos no artigo “Calor. Uma energia transferida entre corpos.” que calor é a energia transferida entre corpos quando existe uma diferença de temperatura entre eles.
Vimos também que existem três modalidades de transferência desse calor: condução, convecção e irradiação.
Vamos agora, tentar explicar cada um desses modos de transmissão de calor.

Condução

Comecemos com um exemplo: Vamos pegar um objeto metálico (por exemplo, uma colher) e colocar uma de suas pontas em contato com vapor d’água em ebulição.
Transferência de Calor por Condução
Depois de um determinado tempo, poderemos notar que a temperatura da outra extremidade da colher se elevou. Isso significa que o calor foi transferido de uma extremidade da colher à outra. E como é que ocorreu essa transmissão? Da seguinte forma: as moléculas do vapor d’água colidem com os átomos da extremidade A da colher. Nesses impactos, parte da energia cinética das moléculas do vapor é transferida aos átomos da colher, que passam a vibrar mais rapidamente. Como esses átomos estão interligados, a energia gerada por essa vibração é transmitida para os átomos vizinhos devido às sucessivas colisões entre eles. Isso vai acontecendo até que a energia chegue à extremidade B da colher.

Quando a transferência de calor é feita devido aos sucessivos choques, ou seja, de partícula para partícula sem que haja transporte de matéria de uma região para outra, dá-se o nome de transferência por condução.
Nos corpos sólidos a transferência de calor só ocorre por condução. Alguns materiais são mais eficientes que outros na transmissão de calor por condução, por isso, há os bons e os maus condutores térmicos.

Convecção

Para entendermos melhor a ocorrência da propagação de calor nos líquidos e gases, através da convecção, devemos primeiro recordar que, geralmente, quando se eleva a temperatura de um fluido, ocorre um aumento de volume e consequentemente uma diminuição da densidade desse fluido.

Isso quer dizer que, quanto mais quente, menor será a massa do fluido por unidade de volume, ou seja, será mais leve. O contrário também é verdadeiro: quanto mais frio o fluido, mais pesado ele será, pois sua densidade aumenta.

Agora vamos dar um exemplo prático: Numa sala que está com temperatura elevada, nós ligamos o aparelho de ar condicionado.
Transmissão de Calor por Convecção: Aparelho de ar condicionado em uma sala
Depois de algum tempo percebemos que aquele ar frio que sai do aparelho lá do alto da parede começa a se espalhar pelo ambiente inteiro e a sala fica fresquinha. Como acontece essa propagação do frio pela sala inteira? Exatamente dessa maneira: o ar frio gerado pelo aparelho no alto da parede, por ser mais denso que o ar quente, desce e troca calor com o restante da sala. Esse ar frio que desceu acaba se aquecendo, torna-se novamente menos denso e sobe outra vez. Portanto, ocorre uma movimentação do ar nos sentidos ascendente e descendente, havendo troca de calor entre o ar frio e o ar quente.

Quando a transferência de calor entre corpos ocorre juntamente com o transporte de matéria, recebe o nome de transferência por convecção.
Uma geladeira funciona pelo mesmo mecanismo de transferência de calor.
Mecanismo de transferência de calor em uma geladeira: Convecção
É por esse mecanismo que ocorre a propagação de calor no interior de líquidos e gases. Entretanto, nos fluidos (gases e líquidos) pode ocorrer concomitantemente a transmissão por condução.
A convecção ocorre nos mares, nos lagos, na atmosfera, ou seja, em qualquer líquido ou gás.

Irradiação

Pensemos na seguinte situação: o sol aquece nosso planeta.
Mas como isso acontece? Como ocorre essa propagação de calor se não existe meio material entre o sol e a terra?

Não é por condução, pois não existem partículas para se chocarem.
Não é por convecção, pois não existe nenhum fluido para se movimentar.
Nesse caso, a energia térmica proveniente do sol é transferida para a terra por meio de ondas eletromagnéticas, que se propagam até mesmo no vácuo.
Transferência de Calor por Irradiação: Sol aquecendo a Terra
Quando a transferência de calor ocorre por meio da propagação de ondas eletromagnéticas recebe o nome de transferência de calor por irradiação ou radiação.

Outro exemplo de irradiação é quando colocamos a mão debaixo de uma lâmpada incandescente acesa e sentimos a sensação de aquecimento. Como o ar é um mau condutor de calor, a transferência de calor por condução é mínima. Na convecção o ar quente sobe e a mão está sob a lâmpada, logo, pode-se concluir que a maior parte do calor é transferida por irradiação.
Sensação de aquecimento da mão sob uma lâmpada: Transmissão de Calor por Irradiação
Em várias situações, entretanto, podemos observar que os mecanismos de transferência de calor não ocorrem de forma isolada. Em uma sala de escritório, por exemplo, é certo que ocorre transporte de calor por condução, por convecção e por irradiação simultaneamente.

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Um comentário:

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