Transmissão de Calor

Denomina-se transmissão de calor à passagem da energia térmica de um local para outro. Essa transmissão pode ocorrer de três formas diferentes: condução, convecção e radiação.

Transmissão de Condução

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.

Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de calor. Portanto:

A condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).

O calor propaga-se através da parede do forno de uma pizzaria.

Transmissão de Convecção

Para ilustrarmos a convecção, imagine uma sala onde ligamos um aquecedor elétrico que está colocado no chão, no centro dessa sala.

O ar em torno do aquecedor se aquece, tornando-se menos denso que o restante. Com isto, ele sobe e o ar frio desce, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe com o ar frio que desce. A este movimento de massas de fluido chamamos convecção e as correntes de ar formadas são correntes de convecção.

Na sala, o ar quente (menos denso) sobe, enquanto o ar frio (mais denso) desce.

Portanto. a convecção se constitui de movimentos de massas fluidas. trocando de posição. Notemos que não tem significado falar em convecção no vácuo.

Assim, podemos afirmar que a convecção somente ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores), não podendo ocorrer nos sólidos c no vácuo.

A convecção pode ser natural, quando é ocasionada por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada, quando é ocasionada por bombas ou ventiladores.
Observemos que na convecção não há passagem de energia de um corpo para outro, mas apenas estes é que mudam de posição.

Sendo assim, concluímos que, a rigor, a convecção não é um processo de transmissão de calor, pois não há passagem de energia de um corpo para outro.

Exemplos:

I) Aparelho de ar-condicionado e aquecedor elétrico

No verão, o aparelho de ar-condicionado introduz o ar frio nas salas, pela parte superior. Desse modo, devido à sua maior densidade, o ar frio desce, provocando a circulação do ar contido na sala.
O aparelho de ar-condicionado deve ser colocado na parte superior da parede da sala.

No inverno, o ar aquecido pelo aquecedor elétrico deve ser produzido na parte inferior da sala.

Note-se que se fosse feito o contrário, o ar frio (mais denso) continuaria embaixo e o ar quente (menos denso) continuaria em cima, não havendo circulação de ar.

II) Brisas litorâneas

À beira-mar, a areia, tendo calor específico muito menor que o da água, aquece-se mais rapidamente que a água durante o dia e resfria-se mais rapidamente durante a noite.
Sendo assim, temos:

DURANTE O DIA: O ar próximo da areia fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da água para a terra. o vento que, durante o dia, sopra do mar para a terra.

Durante o dia, as brisas sopram do mar para a terra.

DURANTE A NOITE: O ar próximo da superfície da água resfria-se menos que o restante. Com isso, ele fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da terra para a água. Éo vento que, durante a noite, sopra da terra para o mar.

Durante a noite, as brisas sopram da terra para o mar

III) Geladeira doméstica

Nas geladeiras, o congelador é sempre colocado na parte superior, para que o ar se resfrie na sua presença e desça, dando lugar ao ar mais quente, que sobe.

Nas geladeiras domésticas, os alimentos são resfriados pelo ar frio, que desce devido à convecção. As prateleiras são feitas em grades (e não inteiriças) para permitir a convecção do ar dentro da geladeira.

Transmissão de Radiação

É o processo de transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, através do espaço que os separa.
Sendo uma transmissão de calor feita por ondas eletromagnéticas, a radiação não exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação ocorre no vácuo e também em meios materiais.
Entretanto, não são todos os meios materiais que permitem a propagação das ondas de calor através deles.

Desta forma, podemos classificar os meios materiais em:

— Diatérmicos: São os meios que permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios transparentes às ondas de calor).

Ex.: ar atmosférico.

— Atérmicos: São os meios que não permitem a propagação das ondas de calor através deles (são os meios opacos às ondas de calor).

A energia térmica vem do Sol por meio de ondas eletromagnéticas.

Como exemplo de radiação, podemos citar a energia solar que recebemos diariamente, a energia emitida por uma lareira que nos aquece no inverno, a energia emitida por uma lâmpada de filamento, cujo efeito sentimos eficazmente quando dela nos aproximamos etc.

Toda energia radiante, transportada por onda de rádio, infravermelha, ultravioleta, luz visível, raios X, raios gama, etc., pode converter-se em energia térmica por absorção. Entretanto, só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor ou radiações caloríficas.

Vaso de Dewar – garrafa térmica

Funcionamento da garrafa térmica O vaso de Dewar ou garrafa térmica é um dispositivo utilizado para manter a temperatura do seu conteúdo inalterada o maior intervalo de tempo possível. Para tanto, as paredes do sistema devem ser adiabáticas, não permitindo transmissão de calor com o meio ambiente.

Como a energia térmica pode ser trocada por condução, convecção e radiação, foram usados os seguintes artifícios:

Para evitar a saída ou entrada de calor por condução, o líquido foi envolvido por vácuo. Por isso a garrafa térmica possui parede dupla de vidro (péssimo condutor) entre as quais se faz o vácuo.
Para evitar a convecção (processo que exige trocas de partículas), deve-se manter sempre bem fechada a tampa da garrafa.
Para evitar a radiação, as paredes são espelhadas, assim os raios infravermelhos e as demais radiações refletem-se no espelho, retornando ao meio de origem.

É bom observar que este sistema não é perfeito; assim, depois de algumas horas, o líquido interno acaba atingindo o equilíbrio térmico com o meio ambiente.

A estufa

Principalmente em países onde o inverno é muito rigoroso, são usadas estufas para o cultivo de verduras, legumes e flores. A estufa é um local fechado, com paredes e teto de vidro que recebem as radiações solares.

O vidro é transparente à luz visível e praticamente opaco às ondas de calor (raios infravermelhos). Porém, uma pequena parte de raios infravermelhos consegue passar pelo vidro e são os principais responsáveis pelo aquecimento do interior da estufa. Esses raios são absorvidos e depois são emitidos numa forma mais ampla de raios infravermelhos que poderão sair pelo vidro apenas numa pequena parte; o restante volta a ser absorvido pelas plantas.