Processos de trasmissão do calor

Sabemos que calor é a energia térmica em trânsito entre corpos que estão a temperaturas diferentes. O calor passa de um corpo para outro até que seja atingido o equilíbrio térmico. Vamos estudar as três formas de o calor se propagar de um corpo para outro. São elas: condução, convecção e irradiação.

Condução

É o processo de transferência de energia através de um meio material, sem transporte de matéria. a energia térmica se propaga de partícula para partícula do meio. Ocorre principalmente nos materiais sólidos.

É o porcesso de transferência de energia através de um meio material, sem transporte de matéria, a energia térmica se propaga de partícula para partícula do meio. Ocorre principlamente nos materiais sólidos.

O modelo que relaciona a temperatura com o movimento das partículas pode ser usado para explicar a condução de calor através de um corpo. A medida que recebem calor, os átomos ou moléculas do corpo vibram mais intensamente e a energia cinética dessas partículas é transferida sucessivamente de uma partícula para outra, essa transferência de energia cinética é a propagação de calor.

O aquecimento de uma panela metálica na chama do fogão ocorre por condução. Inicialmente, a chama aquece o fundo da panela. Em seguida, essa energia é transferida para as regiões da panela que estão mais afastadas.

Panela sendo aquecida no fogo.

A condução depende dos materiais constituintes dos corpos, uma vez que, de acordo com o material, a troca de energia acontece com maior ou menor rapidez.

Convecção

A convecção térmica é o processo de transmissão de calor em que a energia térmica se propaga através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e a ação da gravidade: a porção de fluido mais quente, portanto, menos denso sobe, e a porção mais fria, por ser mais densa, desce, formando as correntes de convecção.

Este processo ocorre somente com os fluidos, isto é, com os líquidos e com os gases, pois na convecção térmica há transporte de matéria.

Asa delta subindo por convecção térmica.

A asa delta consegue se manter em voo devido ao fato de o sol aquecer o solo e o ar próximo a ele. Esse ar se dilata, ficando menos denso que as camadas superiores e, por isso, sobe. A asa delta aproveita essa movimentação de massas (correntes de convecção) para não apenas se manter estável, mas para subir mais ainda.

Irradiação

A irradiação é o processo de transferência de calor através de ondas eletromagnéticas, chamadas ondas de calor ou calor radiante.

De um modo geral podemos dizer que, em diferentes quantidades, todos os corpos emitem energia radiante devido a sua temperatura. Estas radiações, ao serem absorvidas por outro corpo, provocam, nele, uma elevação de temperatura.

No cotidiano nos deparamos com situações em que o calor irradia através de ondas de infravermelhos, mas nem sempre nos damos conta do conceito físico envolvido no processo. Por exemplo, os alimentos preparados em um forno são assados por ação de calor radiante; e as lareiras, usadas em casas onde faz frio intenso, aquecem o ambiente em que estão localizadas porque irradiam calor.

Preparo de alimento em um forno.

Quanto maior for a temperatura do corpo aquecido, maior será a quantidade de calor transmitida por irradiação.

Lei de Fourier e o fluxo de calor

A expressão matemática que mostra a relação entre o fluxo de calor e as características físicas do corpo que influenciam em seu aquecimento é a Lei de Fourier.

O fluxo de calor, a potência térmica da fonte é definida como:

Portanto, a expressão da lei de Fourier é:

No SI, a unidade de fluxo de calor é: W (watt). Observe 1 W equivale a 1 J/s.

O valor da condutividade térmica é elevado para os bons condutores de calor; e baixo para os maus condutores, conhecidos como isolantes térmicos.

Por Thiago Miranda
Me. Prof. de Física