Exemplos de transferência de calor

Escrito por paul dohrman | Traduzido por rafael santos
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Exemplos de transferência de calor
Exemplo de transferência de calor: brisa de um ventilador (PhotoObjects.net/PhotoObjects.net/Getty Images)

A transferência de calor é o movimento de calor de um objeto mais quente para um objeto mais frio. O calor é a forma como presenciamos as vibrações moleculares. Vibrações mais rápidas são mais quentes ao toque. Existem três tipos de transferências de calor: condução, convecção e irradiação. Condução é a transmissão por contato. Convecção envolve o fluxo de um fluido que leva o calor. Irradiação refere-se à radiação eletromagnética, como a luz visível e o infravermelho.

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Condução

A condução é a transferência de calor pelo contato. Alguns exemplos são o aquecimento de uma panela em um fogão elétrico e o resfriamento de um metal incandescente através de um banho em água liquida. Um exemplo mais sútil é o uso de um ventilador para refrescar. Especificamente, nossa pele cria sobre ela uma camada de ar quente devido à nossa temperatura corporal. O ventilador afasta essa camada, que é substituída por uma de ar mais frio, nos dando uma sensação de frescor.

Convecção

A convecção envolve o movimento de um fluido para transmissão de seu calor energético. Alguns exemplos são o ato de baforar sobre as suas mãos no inverno para aquecê-las e o aquecimento pelo fogo. Como o fogo é um gás quente, ele possui calor, que então é transferido por condução aos objetos com os quais ele faz contato. A prevenção à convecção é o conceito por trás de usar múltiplas camadas de roupas no inverno para nos mantermos aquecidos.

Outro exemplo interessante é deixar um chocolate em uma sacola ao sol. O interior da sacola aquece porque o gás aquecido não consegue escapar, e assim amolece e até derrete o chocolate. Isso pode ser problemático se o chocolate for levado em uma bolsa de mão em um dia ensolarado!

Irradiação

A maioria dos objetos terrestres irradia na faixa do infravermelho. As estrelas mais frias irradiam em uma faixa mista de infravermelho e luz visível. O Sol irradia praticamente na faixa visível, com uma temperatura superficial de cerca de 6000 K. Os objetos aquecidos, como um bulbo de luz, um forno ou uma forja (onde os metais são derretidos), também brilham na faixa de luz visível da irradiação de calor.

Quando a luz solar entra por uma janela, o vidro é transparente à luz visível. A luz atinge aos objetos do lado de dentro, aquecendo-os. Os objetos então irradiam de volta o calor, mas a uma energia com comprimento de onda bem menor, isto é, infravermelho. O infravermelho não escapa pelo vidro, pois o mesmo é opaco ao infravermelho.

Diferenças nas taxas de Transferência

Quanto maior for a diferença de temperatura entre dois objetos em contato, mais rápida será a taxa de transferência de calor por condução. No exemplo anterior do ventilador, colocar o ventilador em um lugar em que a temperatura ambiente seja parecida com a temperatura corporal não dará uma grande sensação de frescor. A taxa de transmissão de calor entre a pele e o ar ventilado é muito pequena para sentir alívio. Somente quando elimina o suor é que o ventilador dá benefícios para temperaturas acima de 37 ºC.

Devido ao fato do ar quente subir (porque as moléculas de gás mais rápidas são as que possuem energia suficiente para alcançar altitudes maiores), a convecção acontece mais rapidamente verticalmente do que horizontalmente. Portanto, a convecção horizontal, como no ar condicionado, às vezes é beneficiada pela assistência de um convecção forçada, como no uso de um ventilador.

A taxa de transferência de calor por irradiação depende da temperatura do objeto irradiante. Em altas temperaturas, a taxa de transmissão é alta, e não apenas porque os fótons irradiados possuem maior energia. Portanto, a temperaturas terrestres, a irradiação é geralmente o método de transferência de calor mais devagar.

Estufas

As estufas incorporam todos os três conceitos de transferência de calor. A radiação solar atinge o solo dentro da estufa. O solo então transmite o calor para o ar acima por condução. A convecção é geralmente direcionada pela tendência do fluido aquecido de subir. Logo, o ar dentro da estufa subiria, mas como o teto de vidro o bloqueia, o calor acumula.

Alguns pensam que a razão de as estufas serem quentes é pela radiação infravermelha do solo que não consegue escapar pelo vidro. Na verdade, a taxa de transferência de calor do solo é muito menor que a taxa de convecção, não proporcionando uma diferença perceptível.

Exemplos de transferência de calor
Estufa (Jupiterimages/Creatas/Getty Images)

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