Falar a respeito do tema calor ainda pode trazer confusão para algumas pessoas. Em termologia, calor está ligado à transferência de energia térmica de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura, ou seja, calor é a energia em trânsito. Para melhor assimilação, vamos ao seguinte exemplo:
Vamos imaginar que, em um sistema isolado (dentro de uma caixa de isopor, por exemplo), foram colocados dois objetos. O objeto A, à temperatura de 200°C; e o objeto B, à temperatura de 20ºC. De acordo com a lei zero da termodinâmica, com o passar do tempo, a temperatura do objeto A diminui enquanto que a temperatura do objeto B aumenta, até que ambos atinjam a mesma temperatura, ficando em equilíbrio térmico. A energia que se transferiu do objeto A para o objeto B é chamada de calor ou energia térmica.
Tópicos deste artigo
- 1 - Mapa Mental: Calor
- 2 - Transmissão de Calor
- 3 - Condução
- 4 - Convecção
- 5 - Irradiação
Mapa Mental: Calor
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Transmissão de Calor
Para que ocorra troca de calor, é necessário que ele seja transferido de uma região a outra através do próprio corpo, ou de um corpo para outro. Existem três processos de transferência de calor estudados na termologia, são eles: condução, convecção e irradiação. A irradiação é a propagação de ondas eletromagnéticas que não precisam de meio para se propagar, enquanto que a condução e a convecção são processos de transferência que necessitam de um meio material para se propagar.
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Condução
Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este. Esse processo de condução de calor é denominado condução. No caso dos metais, além da transmissão de energia de átomo para átomo, há a transmissão de energia pelos elétrons livres, ou seja, são os elétrons que estão mais afastados do núcleo e que são mais fracamente ligados aos núcleos, portanto, esses elétrons, colidindo entre si e com átomos, transferem energia com bastante facilidade. Por esse motivo, o metal conduz calor de modo mais eficiente do que outros materiais.
Convecção
Da mesma forma que o metal, os líquidos e os gases são bons condutores de calor. No entanto, eles transferem calor de uma forma diferente. Esta forma é denominada convecção. Esse é um processo que consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido. Por exemplo, vamos considerar uma vasilha que contenha água à temperatura inicial de 4°C. Sabemos que a água acima de 4ºC se expande, então ao colocarmos essa vasilha sobre uma chama, a parte de baixo da água se expandirá, tendo sua densidade diminuída e, assim, de acordo com o Princípio de Arquimedes, subirá. A parte mais fria e mais densa descerá, formando-se, então, as correntes de convecção. Como exemplo de convecção temos a geladeira, que tem seu congelador na parte de cima. O ar frio fica mais denso e desce, o ar que está embaixo, mais quente, sobe.
Irradiação
Podemos dizer que a irradiação térmica é o processo mais importante, pois sem ela seria praticamente impossível haver vida na Terra. É por irradiação que o calor liberado pelo Sol chega até a Terra. Outro fator importante é que todos os corpos emitem radiação, ou seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do material de que é feito o corpo e de sua temperatura. Portanto, o processo de emissão de ondas eletromagnéticas é chamado de irradiação. A garrafa térmica é um bom exemplo de irradiação térmica. A parte interna é uma garrafa de vidro com paredes duplas, havendo quase vácuo entre elas. Isso dificulta a transmissão de calor por condução. As partes interna e externa da garrafa são espelhadas para evitar a transmissão de calor por irradiação.
Por Domiciano Marques
Graduado em Física
*Mapa Mental por
Rafael Helerbrock
Mestre em Física
- 2019
Enquanto a condução é a transferência de energia térmica por contato direto, a convecção é o movimento do calor pelo movimento real da matéria; radiação é a transferência de energia com a ajuda de ondas eletromagnéticas.
A matéria está presente ao nosso redor, em três estados, sólido, líquido e gasoso. A conversão da matéria de um estado para outro é denominada como uma mudança de estado, que ocorre devido à troca de calor entre a matéria e seu entorno. Então, calor é a transição de energia de um sistema para outro, devido à diferença de temperatura, que ocorre de três maneiras diferentes, que são condução, convecção e radiação.
As pessoas muitas vezes interpretam mal essas formas de transferência de calor, mas baseiam-se em diversas interações físicas para transferir energia. Para estudar a diferença entre condução, convecção e radiação, vamos dar uma olhada no artigo fornecido abaixo.
Gráfico de comparação
| Significado | A condução é um processo no qual a transferência de calor ocorre entre objetos por contato direto. | Convecção refere-se à forma de transferência de calor na qual a transição de energia ocorre dentro do fluido. | Radition alude ao mecanismo no qual o calor é transmitido sem qualquer contato físico entre os objetos. |
| Representar | Como o calor viaja entre objetos em contato direto. | Como o calor passa pelos fluidos. | Como o calor flui através dos espaços vazios. |
| Causa | Devido a diferença de temperatura. | Devido a diferença de densidade. | Ocorre de todos os objetos, a uma temperatura maior que 0 K. |
| Ocorrência | Ocorre em sólidos, através de colisões moleculares. | Ocorre em fluidos, pelo fluxo real da matéria. | Ocorre à distância e não aquece a substância interveniente. |
| Transferência de calor | Usa substância sólida aquecida. | Usa substância intermediária. | Usa ondas eletromagnéticas. |
| Rapidez | Lento | Lento | Rápido |
| Lei de reflexão e refração | Não segue | Não segue | Segue |
Definição de Condução
Condução pode ser entendida como o processo, que permite a transferência direta de calor através da matéria, devido à diferença de temperatura, entre partes adjacentes do objeto. Acontece quando a temperatura das moléculas presentes em uma substância aumenta, resultando em vigorosa vibração. As moléculas colidem com as moléculas circundantes, fazendo-as vibrar também, resultando no transporte de energia térmica para a parte vizinha do objeto.
Em termos simples, sempre que dois objetos estão em contato direto um com o outro, haverá uma transferência de calor do objeto mais quente para o mais frio, o que é devido à condução. Além disso, os objetos que permitem que o calor passe facilmente através deles são chamados de condutores.
Definição de Convecção
Na ciência, convecção implica a forma de transferência de calor, pelo movimento real da matéria, que ocorre apenas em fluidos. O fluido alude a qualquer substância, cujas moléculas se movem livremente de um lugar para outro, como líquidos e gases. Isso acontece naturalmente ou mesmo com força.
A gravidade tem um grande papel a desempenhar na convecção natural, de modo que, quando a substância é aquecida por baixo, leva à expansão da parte mais quente. Devido à flutuabilidade, a substância mais quente sobe, pois é menos densa e a substância mais fria substitui-a afundando no fundo, devido à alta densidade, que quando fica quente sobe, e o processo continua. Em convecção, ao aquecer a substância, as moléculas se dispersam e se afastam.
Quando a convecção é realizada com força, a substância é obrigada a mover-se para cima por qualquer meio físico, como a bomba. Por exemplo, sistema de aquecimento de ar.
Definição de Radiação
O mecanismo de transferência de calor no qual nenhum meio é necessário é chamado de radiação. Refere-se ao movimento do calor nas ondas, pois não precisa de moléculas para percorrer. O objeto não precisa estar em contato direto um com o outro para transmitir calor. Sempre que você sente calor sem realmente tocar o objeto, é por causa da radiação. Além disso, a cor, a orientação da superfície, etc., são algumas das propriedades da superfície nas quais a radiação depende muito.
Neste processo, a energia é transmitida através de ondas eletromagnéticas chamadas de energia radiante. Objetos quentes geralmente emitem energia térmica para ambientes mais frios. A energia radiante é capaz de viajar no vácuo de sua fonte até o ambiente mais frio. O melhor exemplo de radiação é a energia solar que recebemos do sol, apesar de estar a milhas de distância de nós.
Principais diferenças entre condução, convecção e radiação
As diferenças substanciais entre condução, convecção e radiação são explicadas como abaixo:
- A condução é um processo no qual o calor é transportado entre partes de um contínuo, através do contato físico direto. Convecção é o princípio, em que o calor é transmitido por correntes em um fluido, ou seja, líquido ou gás. A radiação é o mecanismo de transferência de calor, no qual a transição ocorre através de ondas eletromagnéticas.
- A condução mostra como o calor é transferido entre objetos em contato direto, mas a convecção reflete como o calor viaja através de líquidos e gases. Em contraste, a radiação indica como o calor viaja através de lugares sem moléculas.
- A condução ocorre como resultado da diferença de temperatura, ou seja, fluxos de calor da área de alta temperatura para a área de baixa temperatura. A convecção acontece devido à variação na densidade, de tal forma que o calor se move da região de baixa densidade para a região de alta densidade. Pelo contrário, todo o calor de lançamento de objeto, tendo uma temperatura mais do que 0 K.
- Condução geralmente ocorre em sólidos, através de colisão molecular. A convecção ocorre em fluidos pelo movimento de massa das moléculas na mesma direção. Em contraste, a radiação ocorre através do vácuo do espaço e não aquece o meio interveniente.
- A transferência de calor é através da substância sólida aquecida, em condução, enquanto na convecção a energia térmica é transmitida por meio de meio intermediário. Ao contrário, a ração usa ondas eletromagnéticas para transferir calor.
- A velocidade de condução e convecção é mais lenta que a radiação.
- A condução e a convecção não seguem a lei da reflexão e da refração, enquanto a radiação obedece ao mesmo.
Conclusão
Termodinâmica é o estudo da transferência de calor e as mudanças relacionadas a ela. Condução não é senão a transferência de calor da parte mais quente para a mais fria. A convecção é a transferência de calor pelo movimento ascendente e descendente do fluido. Radiação ocorre quando o calor viaja através do espaço vazio.