Condução, convecção e radiação

Condução, convecção e radiação são as três formas de transferência de calor. Calor é a energia que passa de um corpo ou sistema para outro.

A transferência de calor só ocorre quando há uma diferença de temperatura entre duas coisas.

Na condução, a transferência de calor ocorre quando um corpo ou objeto está em contato com outro.

A convecção, por outro lado, é produzida pelo movimento de gases ou líquidos em diferentes temperaturas.

Por sua vez, a radiação é uma transferência de calor sem que os corpos entrem em contato. Portanto, isso ocorre por meio da emanação de energia por meio de ondas eletromagnéticas.

Um exemplo que ilustra isso seria o de uma panela de água fervente: o fogo aquece a panela (radiação), o metal na panela aquece a água (condução) e a água quente sobe por efeito do calor (convecção).

O que é condução de calor?

A condução é uma forma de transferência de calor que ocorre quando dois corpos estão em contato ou quando o calor passa de um lado do mesmo corpo para o outro. Por exemplo, se aquecermos uma extremidade de uma barra de ferro, a outra extremidade aquecerá depois de um tempo, apesar de não estar em contato direto com a fonte de calor..

O mecanismo de transferência de calor por condução é baseado no movimento dos átomos. À medida que a temperatura sobe, os átomos se movem mais rápido e também empurram os átomos vizinhos, transferindo calor para eles..

A capacidade dos materiais de conduzir calor é conhecida como condutividade térmica. Por exemplo, o ar tem uma baixa condutividade, assim como a madeira.

Por outro lado, metais, como alumínio e ferro, apresentam alta condutividade térmica. Esses materiais são muito eficazes na condução de calor, pois possuem elétrons livres que transferem energia mais rapidamente das áreas quentes para as frias do corpo..

Exemplos de condução de calor

• Frigideira de ferro fundido em fogão a lenha: o calor do queimador aquece a panela, que conduz o calor para o resto da panela e o conteúdo dentro dela.
• Gelo derretido na mão: se colocarmos um gelo na mão, ele derrete devido à condução do calor do corpo.
• Pés quentes na areia: num dia quente de praia, se caminharmos descalços pela areia quente pela areia quente, depois de algum tempo sentiremos que somos queimados pela condução do calor da areia a nossos pés.
• A xícara de café quente: ao despejar café quente (ou outra bebida quente) em uma xícara, com o tempo sentiremos o calor em nossas mãos. É por isso que os copos têm uma pega para que possamos agarrá-los sem nos queimarmos..
• Passar roupa a ferro: o ferro usado para remover rugas da roupa aquece e conduz o calor quando entra em contato com a roupa.
• O termómetro: Este instrumento é usado para medir temperatura porque recebe ou transfere calor pela condução do objeto ou substância com a qual está em contato.
• Colher de metal contra colher de pau: uma colher de pau conduz mal o calor enquanto a colher de metal aquece rápido. É por isso que podemos misturar a comida com a colher de pau, mas quando comemos a sopa usamos uma colher de metal.

O que é convecção de calor?

Convecção é a forma de transferência de calor produzida pelo movimento de líquidos e gases de áreas quentes para áreas frias. Quando um fluido é aquecido, ele se torna menos denso, fazendo com que suba.

É graças ao processo de convecção que as nuvens se formam: o vapor d'água e o ar quente na superfície da Terra sobem e se condensam como nuvens nas alturas. Este tipo de convecção é natural ou livre, sem intervenção de forças externas.

Por outro lado, a convecção forçada ocorre quando uma força é aplicada para mover o fluido. É o que acontece quando usamos ventiladores para movimentar o ar quente em uma sala ou quando movemos o conteúdo de uma panela sobre o queimador..

Exemplos de convecção de calor

• Sistemas de aquecimento doméstico: o ar em contato com um sistema de aquecimento esquenta, sobe e desloca o ar frio, causando correntes de ar.
• O calor interno da Terra: o núcleo da Terra é quente e fluido, razão pela qual são produzidas correntes de convecção que causam terremotos e erupções vulcânicas.
• O fluido nos tanques de armazenamento- Nas tubulações de um aquecedor solar, o fluido se aquece e se torna menos denso, movendo o calor para os fluidos mais frios.
• Forno de convecção: o ar quente dentro do forno circula graças a um ventilador, que faz com que os alimentos assem de maneira mais uniforme.
• Água fervente em uma panela: quando colocamos água em uma panela no fogão a lenha, a água quente do fundo sobe, forçando o movimento da água fria da superfície.
• Secador de cabelo: o ar frio entra no secador, é aquecido passando por uma resistência e sopra o ar quente pelo bico.
• correntes oceânicas: as águas dos oceanos se mantêm em constante movimento por convecção, as águas quentes dos trópicos se movem em direção aos pólos.
• Balão de ar quente ou balões de ar quente: ao aquecer o ar, ele fica menos denso, fica preso dentro do tecido do balão, fazendo-o flutuar. Portanto, para descer, é aberta uma janela que deixa o ar quente escapar.

O que é radiação de calor?

A radiação é a transferência de calor sem contato entre os objetos. Isso ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, como luz visível, ultravioleta e infravermelho, que viajam pelo espaço. Para que a radiação de calor ocorra, a presença de material não é necessária.

Os corpos emitem calor por radiação, mas também absorvem calor, dependendo da diferença de temperatura. Na verdade, os corpos que melhor absorvem também são bons emissores. Por exemplo, uma superfície preta absorve melhor a radiação, mas eles também emitem mais do que uma superfície branca.

Assim, a emissão depende da temperatura do corpo, quanto maior a temperatura, maior a emissão de calor..

O funcionamento de uma garrafa térmica é baseado na concentração da radiação de calor em seu interior. Uma garrafa térmica é construída com uma parede dupla de vidro sem ar entre elas, para evitar a perda de calor por condução ou convecção. A parede interna prateada reflete a radiação sem absorvê-la, então a bebida permanece quente por mais tempo.

Exemplos de radiação térmica

• O calor do sol: a Terra recebe calor do Sol por radiação.
• Areia quente na praia: em um dia de verão, a radiação solar aquece a areia.
• Brasas de uma fogueira: quando nos aproximamos de uma fogueira ou lareira, as brasas emitem calor de radiação.
• Forno Solar: os raios do sol atingem uma superfície que aquece o ar.
• Termômetro infravermelho: mede a radiação de um corpo na faixa do infravermelho e a representa como temperatura.
• Câmeras térmicas: câmeras de imagem térmica registram o calor dos corpos emitido pela radiação.
• Camas de bronzeamento: as câmaras de bronzeamento são baseadas na emissão de raios ultravioleta que promovem o bronzeamento da pele. Seu uso é limitado pela predisposição a danos na pele.

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