Ciências

Convecção Térmica, Condução, Irradiação

Matéria – qualquer coisa que tem massa e ocupa espaço – é bastante simples e fácil de entender, mas a energia é um pouco mais abstrato. Na física, a energia é a capacidade de fazer o trabalho, ou a capacidade de mover-se ou provocar a transformação da matéria.

Propagação de calor: pode ocorrer de três maneiras a saber; Convecção Térmica, Condução, Irradiação • Na condução térmica, a transferência de calor é dada pela agitação das moléculas, por exemplo, ao segurar uma barra de ferro e aquecer a outra extremidade, em pouco tempo, a barra inteira se aquecerá. • Na convecção térmica, a transferência de calor ocorre entre líquidos e gases; é o que acontece com o aquecimento de água numa panela, onde criam-se “correntes de convecção” e a água que está próxima do fogo sobe, enquanto a que está fria desce. • Por fim, na irradiação térmica, o calor é propagado por meio de ondas eletromagnéticas, sem que seja necessário o contato entre os corpos, por exemplo, se aquecer perto de uma lareira.   Temperatura: Essa por sua vez, é uma grandeza física a qual designa a energia cinética (movimento ou agitação) das moléculas e o estado térmico de um corpo (quente ou frio). Quanto mais quente (alta temperatura) se apresenta o corpo, maior será sua energia cinética, ou seja, a agitação de moléculas; e, quanto mais frio (baixa temperatura), menor será a agitação molecular. No Sistema Internacional de Unidades (SI) a temperatura pode ser medida em Celsius (°C), Kelvin (K) ou Fahrenheit (°F).No Brasil, a escala de temperatura utilizada é Celsius, cujo ponto de fusão da água apresenta o valor 0° e o ponto de ebulição 100°. Medir a Temperatura: Para medir a temperatura é necessário um aparelho chamado termômetro (feito de mercúrio), cujo valor da pode ser apresentado nas escalas: Celsius (°C), kelvin (K) ou Fahrenheit (°F). Para tanto, na escala Kelvin o valor do ponto de fusão da água é de 273K (0°C) e o ponto de ebulição de 373K (100°C).Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão da água é de 32 °F (0 °C) enquanto que o ponto de ebulição da água é de 212 °F (100 °C). Os termômetros são instrumentos utilizados para medir a temperatura.

Videos: https://www.youtube.com/watch?v=gBp6Qe_ztVs https://www.youtube.com/watch?v=_0nxcCFJToc

~Condução térmica~

Condução térmica ou simplesmente condução é um processo de transferência de calor que ocorre no interior de sólidos, em razão de uma diferença de temperatura. Na condução, a energia térmica é transferida entre os átomos e moléculas de um sólido sem que ocorra transferência de matéria, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico. Esse fenômeno acontece em todas as substâncias, independentemente do seu estado físico, apesar de mais frequente em sólidos. Isso acontece porque, no estado sólido, a posição fixa dos átomos, que se encontram arranjados em uma rede cristalina, favorece o intercâmbio de energia entre os átomos em razão da frequência em que ocorrem as colisões entre essas partículas.

Como ocorre a condução térmica? O processo de condução térmica é caracterizado pela interação entre átomos de diferentes temperaturas. Quando aquecemos algum corpo, seus átomos passam a oscilar com maior amplitude. Esses átomos mais agitados transferem parte da sua energia cinética para os átomos vizinhos por colisões e vibrações, dessa maneira, eles se desaceleram, enquanto os menos agitados ganham velocidade. Por meio desse mecanismo, o calor é gradualmente transferido das regiões de maior temperatura em direção às regiões de menor temperatura, até que todo o sistema encontre-se na mesma temperatura. Nos gases, por exemplo, a transferência de calor por condução ocorre exclusivamente por meio de colisões entre átomos. Nos sólidos não metálicos, a condução térmica acontece por meio de vibrações ao longo da rede cristalina do material. Nos sólidos metálicos – os melhores condutores de calor –, a condução ocorre tanto pela propagação de vibrações da rede cristalina como pela movimentação caótica de elétrons livres.

Fluxo de calor ou Lei de Fourier A quantidade de calor que é transferida entre dois pontos do interior de corpos, a cada segundo, é chamada de fluxo de calor. Esse conceito diz respeito à rapidez em que o calor é transferido no interior de um corpo. Alguns materiais apresentam grande capacidade de transferência de calor, por isso, dizemos que são bons condutores de calor, já que são capazes de dissipá-lo mais rapidamente. O fluxo de calor, que é definido em função de uma constante k, é medido em watts (W), de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, mas também pode ser medido em calorias por segundo. Esse fluxo de energia é proporcional à diferença de temperatura entre dois pontos de um corpo e corresponde à quantidade de energia que flui, na forma de calor, a cada metro quadrado de superfície, durante o intervalo de tempo de um segundo. A fórmula utilizada para o cálculo da condução térmica, também conhecida como fórmula do fluxo de calor ou Lei de Fourier é a seguinte:   Φ – fluxo de calor (cal/s ou W) Q – calor (cal ou J) Δt – intervalo de tempo (s) A – área (m² ou cm²) T2 e T1 – temperatura dos pontos 1 e 2 (K ou ºC) k – coeficiente de condutividade térmica (J/s.m.K ou cal/s.cm.ºC) O coeficiente de condutividade térmica (k) determina se um corpo é ou não bom condutor de calor. Esse coeficiente diz respeito a um grande número de propriedades da matéria, como a temperatura, estado físico, pureza, densidade etc. Além disso, a fórmula mostra que a quantidade de calor Q que flui através de uma área A, durante um intervalo de tempo Δt, é proporcional à diferença de temperatura (T2 - T1) entre as duas faces dessa área e também inversamente proporcional à espessura e, que as separa. Observe o esquema a seguir, que mostra a condução térmica em um meio sólido, de acordo com as variáveis apresentadas: Os metais, a exemplo da mencionada vareta, são bons condutores de calor, enquanto a lã de vidro, a borracha e a madeira são maus condutores. O material com baixa condutibilidade ainda pode ser considerado um isolante térmico. O que é um mal condutor de calor? Um mal condutor de calor seria por exemplo materiais como lã, madeira, vidro, papel e isopor são maus condutores de calor, pois, os elétrons mais externos de seus átomos estão firmemente ligados. Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de calor. O ar, por exemplo, é um ótimo isolante térmico.