Transmissão de calor

Vimos que à medida que a energia térmica é transferida para um corpo (calor), a energia cinética média de suas partículas aumenta. Quanto mais energia térmica o corpo recebe, mais agitado será o movimento de suas partículas. Por exemplo, as moléculas da água no estado sólido estão arranjadas de modo a ter um padrão ordenado numa rede cristalina, mas, fornecendo-se energia a esse gelo a 0ºC, ele se funde, e a estrutura é desmanchada. A energia absorvida desfaz o padrão anterior.

Tipos de transmissão de calor

O calor pode se propagar em meios sólidos, em meios fluidos ou até mesmo no vácuo. Quando colocamos uma panela com água para aquecer numa chama de fogão, por exemplo, é possível perceber que o cabo da panela aquece depois de algum tempo, indicando que o calor foi transmitido por meio das partículas sólidas da panela, da região onde estava a chama até o cabo. Já a água dentro da panela, por ser fluída, não aquece da mesma forma. Suas partículas aquecidas se movimentam e transportam a energia térmica absorvida para outras regiões da água num movimento contínuo durante o aquecimento.  O calor pode ainda se propagar sem necessidade de um meio material, como acontece com a energia solar, que se propaga no espaço até nosso planeta. Portanto, o calor pode ser transmitido por três maneiras distintas: Condução, Convecção e Irradiação.

Transmissão por condução 

Consideremos, por exemplo, uma xícara na qual despejamos chá quente. Apesar de apenas a superfície interna da xícara estar em contato direto com o chá aquecido, toda ela está quente após alguns instantes. Isso ocorre porque, quando o chá quente entra em contato com a parte interna da xícara, as partículas dessa região adquirem mais energia por causa do calor cedido pelo chá. A energia acrescida faz essas partículas vibrarem com maior amplitude, transmitindo essa vibração às partículas mais próximas a elas, que também passam a vibrar com amplitudes maiores, e assim sucessivamente. 

Desse modo, a energia se propaga de partícula em partícula da xícara, do interior para o exterior. Apesar de toda a xícara ficar aquecida após alguns instantes, a sua temperatura não será a mesma em todas as partes, diminuindo gradativamente da parte interior para a exterior. A condução é o principal processo de transmissão de calor em meios SÓLIDOS. Nesse processo a energia passa de partícula SEM A OCORRÊNCIA DESLOCAMENTO DA MATÉRIA. 

Transmissão por condução

Condução: quando o calor se transfere através de um corpo por condução, essa energia se propaga em virtude da agitação atômica no material, sem que haja transporte de matéria no processo.

 OBS: Algumas substâncias, como metais, conduzem rapidamente o calor, isto é, são bons condutores térmicos. Outras, como a madeira, a lã e o ar, conduzem mal o calor e, por isso, são denominados isolantes térmicos.

Como podemos cozinhas mais rapidamente um pedaço de carne?

Um procedimento usado para assar carne mais rapidamente consiste em inserir uma haste metálica nela, a haste sendo melhor condutora que a própria carne, transfere calor mais rapidamente para seu interior. Sem o uso desta haste, a região central do pedaço de carne demoraria mais tempo para cozinhar.

Transmissão por convecção

A troca de calor ocorre quando o FLUÍDO é aquecido, fica menos denso e sobe enquanto o fluido mais frio desce. Esse processo de troca de calor é denominado convecção.

A chama do fogão aquece o fundo da vasilha e, por condução, o calor é transmitido para a porção de água mais próxima do fundo da vasilha. A temperatura dessa porção de água aumenta, fazendo aumentar também o seu volume, deixando-a menos densa que o restante da água acima dela. Com isso, a água aquecida e menos densa sobe, trocando de lugar com a água da parte superior, que, estando mais fria e mais densa, desce para o fundo da vasilha. Quando a água aquecida chega à superfície, ela cede calor para o ar e volta a ficar mais fria e mais densa, ocupando novamente o fundo da vasilha. O ciclo se repete enquanto a água estiver sendo aquecida, trata-se das correntes de convecção. 

Transmissão de calor por convecção

Nos refrigeradores em que o congelador fica localizado na parte superior, o ar que subiu (mais quente) ao entrar em contato com o congelador, resfria, tornando-se mais denso, e desce, provocando assim, a subida de ar mais quente e menos denso. As prateleiras vazadas facilitam a circulação das correntes de convecção. 

A inversão térmica é um fenômeno meteorológico que pode ser visto em grandes cidades. Durante o dia, quando os raios solares atingem a Terra, o ar que fica próximo ao solo aquece, fica menos denso e sobe levando os poluentes emitidos por carros e fábricas. Essa elevação da camada de ar ajuda na dispersão dos poluentes. No inverno a incidência solar é menor e por isso o solo esfria mais rapidamente e a camada de ar próxima a ela também. O ar que ainda se encontra na atmosfera, mais quente, continua subindo, mas a camada de ar próxima ao solo, mais fria e por isso mais densa, não sobe levando os poluentes. Esse fenômeno que ocorre quando uma camada de ar quente se sobrepõe a uma camada de ar mais frio, impedindo que ocorra a convecção das correntes de ar, é denominada inversão térmica.

Por que se formam os ventos?

As pessoas que vivem nas proximidades do mar conhecem as brisas marinhas, ventos suaves que sopram, durante o dia, do mar para a terra e, à noite, da terra para o mar. Isso ocorre porque, durante o dia, ao receber radiação solares, a terra se aquece mais rapidamente que a água do mar, em virtude da diferença entre seus calores específicos. Assim, o ar próximo à terra torna-se mais aquecido e move-se para cima, causando uma certa rarefação nessa região. Por causa disso, o ar mais frio, situado sobre o mar, se desloca em direção à costa, isto é, sopra um vento fresco do mar para a terra. Durante a noite, a terra se resfria mais rapidamente que a água e os processos se invertem. Portanto, essas brisas marinhas nada são do que correntes de convecção. 

Transmissão por irradiação

A transferência de calor por radiação é feita pro meio de ondas eletromagnéticas (raios infravermelhos) que podem se propagar mesmo na ausência de um meio material.

Ao acendermos uma lâmpada incandescente e nos aproximar dela sem tocá-la é possível sentir o calor por ela produzido. Esse aparelho transforma a energia elétrica e energia térmica e luminosa. O calor da lâmpada ou da fogueira é transmitido por um processo semelhante ao que ocorre entre o Sol e o nosso planeta: irradiação.

A energia é transportada pelas ondas eletromagnéticas. No dia a dia estão presentes ao ouvirmos rádio ou assistirmos a televisão, ao aquecermos algum alimento no forno de microondas ou no forno elétrico.

A luz, que é uma onda eletromagnética permite que usemos bem nossa visão. Há também os raios X, utilizados na medicina e nos aeroportos e as ondas ultravioletas, responsáveis pelo bronzeado de nossa pele e com as quais devemos ter muito cuidado, pois em excesso podem causar câncer. Quando uma radiação eletromagnética é absorvida por um corpo causando a elevação de sua temperatura ela é denominada irradiação térmica. Assim, podemos dizer que irradiação é a forma de propagação do calor por meio de radiação térmica. Nesse processo de propagação transmitido da fonte até o receptor, isto é, ela também se propaga no vácuo. As partículas de todos os materiais vibram o tempo todo e, por isso, todo objeto emite radiação térmica: metais frios ou aquecidos, gases, aparelhos elétricos ligados ou desligados, o gelo, a água, o corpo do ser humana e de outros animais. Entretanto, o tipo de radiação térmica emitida pelo objeto ou pelo corpo depende de sua temperatura.

A garrafa térmica "conserva" a temperatura de líquidos quentes e gelados e é projetada para impedir a troca de calor entre o líquido e o meio externo. Para evitar a condução e a convecção a ampola interna é feita de vidro (mau condutor) com paredes duplas entre as quais se faz vácuo. A parede de vidro é espelhada para que não ocorra a perda de calor por irradiação. 

As estufas para o cultivo de certas plantas possuem cobertura de vidro ou plástico. O vidro é um material opaco à radiação infravermelha, ou seja, ele não deixa esse tipo de radiação atravessá-lo. A luz solar, contudo, ao atravessar o vidro e incidir nas plantas e nos objetos da estufa é em parte absorvida. Com isso as partículas que compõem os objetos e as plantas desse local passam a vibrar mais emitindo radiação infravermelha, que não atravessa o vidro e é absorvida pelos gases presentes dentro da estufa, com o gás carbônico e o vapor-d'água. Dessa forma a temperatura interna aumenta consideravelmente, facilitando o desenvolvimento das plantas. Esse fenômeno é conhecido como efeito estufa. 

CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE ALGUNS MATERIAIS