Que tipo de transferência de calor ocorre em líquidos e gases?

Escrito por peter solovyev | Traduzido por giovana moretti
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Que tipo de transferência de calor ocorre em líquidos e gases?
A transferência de calor é um princípio importante da engenharia e da física (Jupiterimages/Photos.com/Getty Images)

A transferência de calor ocorre por meio de três mecanismos principais: condução, onde moléculas que estejam vibrando rigorosamente transferem sua energia para outras moléculas com energia menor; convecção, na qual o movimento da massa de um líquido provoca correntes e redemoinhos que promovem a mistura e a distribuição de energia térmica; e radiação, onde um corpo quente emite energia que pode agir sobre outro sistema por meio de ondas eletromagnéticas. A convecção e a condução são os dois métodos de transferência de calor mais proeminentes em líquidos e gases.

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Condução geral

A condução ocorre tipicamente em sólidos. As bocas dos fogões elétricos usam a transferência de calor condutiva para fazer uma panela de água ferver: a energia térmica é transferida do queimador para a panela fria, fazendo com que a temperatura da água aumente. A condução acontece por conta da vibração das moléculas. Em uma substância sólida, os átomos, organizados firmemente em estruturas semelhantes a grades, têm pouca liberdade para se mover no espaço. Conforme o queimador se aquece, os átomos no metal começam a se vibrar cada vez mais rápido conforme a energia aumenta. Quando você coloca a panela fria sobre o queimador, está criando um gradiente de temperatura — um lugar para o calor fluir. Uma vez que a energia flui de coisas quentes para coisas frias, os átomos vibrantes do queimador transferem um pouco do seu calor para os átomos que formam o metal da sua panela de água. Isso faz com que os átomos dela se vibrem, transferindo sua energia para a água.

Condução em gases e líquidos

A condução é mais comum em sólidos, mas em princípio ela pode — e o faz — acontecer em líquidos e gases, embora não muito bem. Como as moléculas dos líquidos têm mais liberdade de movimentação que nos sólidos, há menos chances das moléculas vibrantes colidirem umas com as outras e transferirem energia por meio do líquido. Na verdade, o ar é um condutor tão ruim que é usado para ajudar a isolar casas. Algumas janelas que economizam energia têm "espaços de ar" entre elas que criam um bolso de ar entre a parte interna da casa e o ar frio externo. Como o ar não conduz o calor muito bem, mais calor fica dentro da casa, pois o caminho da energia térmica para fora do recinto fica mais difícil.

Convecção

A convecção é, de longe, a forma mais comum e eficiente de transferência de calor através de líquidos e gases. Ela ocorre quando algumas regiões de um líquido ficam mais quentes que outras, provocando correntes que o movem circularmente para distribuir o calor mais uniformemente. Pense em uma casa no inverno. Você pode ter notado que o sótão está sempre quente, enquanto o porão é tipicamente frio. Isso acontece porque, quando o ar se aquece, ele fica mais leve e se move para cima, em direção ao teto. O ar frio é muito mais pesado e desce para o chão. Conforme o ar quente se move até o teto e o frio desce ao chão, esses dois tipos de ares se colidem e se misturam, fazendo com que o calor do ar quente se transfira para o ar frio e, assim, distribua o calor por todo o cômodo.

Radiação

A radiação ocorre quando um corpo fica quente o suficiente para emitir energia eletromagnética. O sol é um exemplo clássico de transferência de calor radioativa: ele fica bem longe no espaço, mas é quente o suficiente para você sentir seu calor. Isso acontece por causa da radiação, e até mesmo em dias frios, você pode sentir o calor do sol. A energia eletromagnética pode viajar pelo espaço vazio e fazer com que um objeto-alvo se aqueça à distância. A transferência de calor radioativa não costuma ocorrer em líquidos e gases.

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