20203

Transmissão do calor

          O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.

Transmissão por Convecção
No caso dos meios materiais fluídos (líquidos e gases), existe a transmissão de calor por convecção:

O aquecimento (ou resfriamento) de qualquer parte do fluído causa uma diminuição (ou aumento) localizada da sua densidade. Devido à mobilidade das moléculas nesses meios, esta variação de densidade faz com que ela se movimente dentro do sistema. No caso de ser aquecida a molécula fica “mais leve” e sobe; o inverso ocorre no caso de ser resfriada. Se uma parte do fluído sobe, outra parte terá de descer, provocando correntes que o “misturam” o fluído, aumentando a transferência e a distribuição da temperatura. Estas correntes são chamadas de correntes de convecção.

Observações:
a. No caso da água no estado líquido, se acionarmos uma chama de maçarico sobre a sua superfície, não haverá correntes de convecção, pois a tendência é que da água aquecida é buscar a superfície, permanecendo portanto onde já está.
b. A razão para que os aparelhos de ar condicionado sejam instalados na parte superior do cômodo são as correntes de convecção. O resfriamento da camada superior de ar provoca a sua descida provocando as correntes de convecção.

Transmissão por irradiação
Enquanto os 2 modos de transmissão anteriores necessitam de matéria, a transmissão de calor por irradiação pode se propagar no vácuo, ou seja, na ausência de matéria.
A transmissão por irradiação transporta a energia térmica por ondas eletromagnéticas, principalmente na região do infravermelho. Ondas eletromagnéticas infravermelhas são ondas de luz que não são visíveis a olho nu.
Todos os corpos com temperatura de zero absoluto (0 K) não irradiam calor. Todos os outros corpos irradiam. Por exemplo, o calor do Sol é irradiado pelo espaço (vácuo – sem matéria) e chega a Terra sendo uma das mais importantes fontes de calor.
Quando um corpo é atingido por uma irradiação de calor, 3 fenômenos ocorrem: uma parte absorvida, uma parte é refletida e uma outra parte é transmitida através do corpo.
O calor irradiado refletido depende principalmente da cor do corpo que o recebe. O calor recebido (não refletido) será tanto maior quando a cor do corpo se aproximar da cor preta e será tanto menor quando o corpo se aproxima do espelho ideal.
Abaixo a foto de três pessoas onde a câmera só registra a radiação infravermelha (calor) emitido pelas pessoas e a foto infravermelha de uma rua.  Os pontos vermelhos são mais quentes e azuis mais frios.

 

 Transmissão por Condução
    Quando colocamos uma colher feita de qualquer material sobre a panela no fogão, e esperamos passar um período de tempo, ao tocar na outra extremidade, queimamos a mão. Isso porque a condução do calor é feita através do material se propagando ao longo dele.
    Devido à constituição atômica dos elementos, essa condução pode ser feita com mais ou menos facilidade. Isso nos leva a criar um novo conceito de isolante térmico ou condutor térmico. As substâncias condutoras a transferência de energia acontece mais rapidamente, por exemplo, os metais de um modo geral (ferro, alumínio, prata). E nas substâncias isolantes, essa transferência ocorre mais lentamente, por exemplo, madeira, borracha, lã.
     Além da diferença de condutividade, a quantidade de energia transferida por condução depende da espessura do material, por esse motivo é que a água demora mais para esquentar em uma panela grossa. A área de contato, o tempo de contato e a diferença de temperatura determinam a quantidade de energia transferida por condução. Essas grandezas determinam o fluxo de calor através de um objeto. Esse fluxo é calculado de acordo com a expressão:

 

Onde k é a constante que depende do material, chamada de condutividade térmica. O valor de k é alto para bons condutores térmicos, e baixos para maus condutores térmicos.



 Estufa
     Uma técnica de utilização de vários modos de transmissão de calor aplicada na agricultura é a da estufa. Basicamente trata-se de um edifício bastante envidraçado e fechado para o cultivo de, por exemplo, flores.
Do ponto de vista da transmissão de calor, funciona para aumentar a temperatura no interior da estufa.
O calor dos raios de Sol atravessa as paredes e o teto envidraçados e aquece todo o interior do ambiente de cultivo. Esse aquecimento é mantido no interior pelo fechamento do recinto, que não deixa a energia térmica escapar. Correntes de convecção são responsáveis pela melhor distribuição da temperatura.
Nota: um fenômeno que atualmente ocorre na Terra é o efeito estufa, alvo de intensos estudos, mas ainda sem conclusões definitivas. A emissão constante de gases poluentes, como o dióxido e o monóxido de carbono, o metano, entre outros, forma uma camada a grandes altitudes; esta camada impede a perda de calor para o espaço exterior, provocando, teoricamente, um aquecimento do planeta como um todo. Esse aquecimento provocaria sérios problemas, como o derretimento das calotas polares, aquecimento dos oceanos, dando origem a mudanças climáticas importantes em todo o planeta.