O transferência de calor por convecção Ocorre pelo movimento de um fluido, que pode ser um gás ou um líquido. À medida que a densidade diminui com o aumento da temperatura, as massas de fluido mais quentes aumentam, enquanto as porções mais frias diminuem. Dessa forma, é produzido um movimento em massa de fluido, através do qual o calor é transportado de um lado para o outro..
Essa é a característica que distingue a convecção da condução e da radiação, pois na convecção sempre há um deslocamento líquido de massas. Por outro lado, a radiação não requer um meio material para se propagar e, no que diz respeito à transmissão por condução, deve-se a sucessivas colisões entre átomos e moléculas, sem movimento líquido da matéria..
No entanto, ao nível da atmosfera e dos oceanos, é fácil ocorrerem deslocamentos de grandes massas de ar e água. É por isso que a convecção é o mecanismo de transferência de energia predominante nesses meios e é o que em grande parte determina o clima da Terra..
Em uma cozinha doméstica, você pode ver de perto os mecanismos de transferência de calor. Basta colocar água para aquecer em uma panela. A porção de fluido que está mais próxima da chama do queimador aquece, sua densidade diminui e ele sobe. Seu lugar é ocupado pela água mais fria, que desce para o fundo da panela..
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Quando uma parte do fluido é aquecida, suas moléculas se movem mais rapidamente e se afastam umas das outras. Por esse motivo, o fluido a uma temperatura mais elevada torna-se menos denso e pode subir por flutuação, levando consigo o calor..
Então, uma massa mais fria de fluido ocupa o lugar deixado por essas moléculas ascendentes e essa troca contínua gera as chamadas correntes de convecção.
Isso pode ser alcançado de duas maneiras: por convecção natural (livre) ou por convecção forçada. Além disso, ambas as formas de convecção estão presentes em sistemas de aquecimento central ou em usinas de energia solar..
O que cada um consiste é explicado a seguir:
Nesse mecanismo, o calor flui apenas pelo fato de que a diferença de temperatura do fluido em questão, na presença da gravidade da Terra, produz uma mudança na densidade, que faz com que a parte mais quente flutue e as partes mais frias descam. Sem gravidade não há convecção natural.
Existe um experimento simples em laboratório que permite visualizar essas correntes de convecção natural quando se formam na água.
É necessário um tubo de vidro dobrado em uma forma quadrada ou retangular e um corante que torne as correntes ascendentes visíveis. Geralmente é permanganato de potássio, que mancha a água de roxo ou gotas de algum tipo de tinta.
Agora um dos cantos inferiores do tubo é aquecido e a densidade da porção de água logo acima da chama diminui e aumenta, sendo substituída por uma porção de água mais fria..
Este processo de troca contínua entre a água quente e fria gera uma corrente de convecção no sentido anti-horário, que é observada graças ao corante violeta, conforme mostrado na figura acima..
O fluido também pode ser forçado a circular para transmitir calor, em vez de permitir que correntes de convecção ocorram naturalmente devido à diferença de densidades..
Quando a convecção ocorre graças a meios externos que impulsionam o fluido, como um ventilador ou uma bomba, é uma convecção forçada. O fluido pode ser forçado a escoar por um tubo, como nos sistemas de aquecimento central de casas, no radiador de um carro ou em um espaço mais aberto, graças a um ventilador de pás.
O sistema de aquecimento central em uma casa faz uso de transferência de calor por convecção na água.
Para isso, a água quente deve ser circulada por tubos sob o piso, a partir de uma caldeira central. Desta forma, a água transfere calor para os radiadores ou aquecedores e destes o calor passa para as divisões, enquanto a água fria volta novamente para a caldeira de aquecimento para repetir o ciclo..
Como pode ser visto, tanto a convecção natural quanto a forçada estão presentes no mecanismo de aquecimento central..
Fontes de calor, como radiadores, aquecem o ar ao seu redor e ele sobe, enquanto o ar do topo desce, gerando correntes de ar convectivas na sala aquecida.
Cada vez que o alimento é fervido em água ou embebido em óleo para fritar, ele é cozido por convecção transferida de calor.
Na pasteurização, o leite e outros alimentos líquidos são aquecidos a altas temperaturas por determinados períodos de tempo, dependendo da variante de pasteurização usada. Isso é feito com o objetivo de eliminar bactérias e aumentar a durabilidade do produto..
A convecção é o principal mecanismo de transferência de calor nesses casos, embora outros mecanismos, como a condução, não sejam excluídos..
As correntes de convecção na atmosfera causam os ventos. Essas correntes são formadas devido a muitos fatores, incluindo o fato de que a superfície da Terra aquece de forma desigual..
Por exemplo, durante o dia a praia aquece mais do que a água do mar, então a flutuabilidade faz com que o ar acima da praia suba e o ar mais frio, vindo do mar, tome o seu lugar..
Mas à noite o processo acontece ao contrário, já que a praia perde calor mais rápido que a água e o ar mais quente é direcionado para o mar. É por isso que em um incêndio noturno na praia, a fumaça se move em direção ao mar, enquanto se o fogo é feito durante o dia, a fumaça se move em direção à terra.
A Terra é composta de camadas e o núcleo tem uma camada externa de alta temperatura que não é solidificada. O movimento do planeta cria correntes de convecção neste fluido, que se acredita serem responsáveis pelo campo magnético da Terra..
Os campos magnéticos são devidos à presença de cargas elétricas em movimento. Os íons e partículas carregadas presentes no núcleo externo são capazes de gerar esse campo, pois os movimentos planetários fazem com que essas partículas se comportem de forma semelhante a pequenos loops de corrente (circuitos fechados)..
Os cientistas descobriram uma correlação entre a intensidade do campo magnético e a velocidade de rotação do planeta. Acredita-se que o fraco campo magnético de Vênus se deva à sua velocidade de rotação ser mais lenta que a de Júpiter, cujo campo magnético é muito mais intenso..
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