Explicamos o que é a transferência de calor e como ela é produzida por condução, convecção e radiação. Além disso, isoladores e medições.
O que é transferência de calor?
É chamado de transferência de calor, transferência térmica ou transmissão de calor para o fenômeno físico que consiste na transferência de energia térmica de um meio para outro.
Isso ocorre quando dois sistemas que estão em temperaturas diferentes entram em contato, permitindo o fluxo de energia do ponto de maior temperatura para o ponto de menor temperatura, até que seja alcançado um equilíbrio térmico, em que as temperaturas sejam iguais.
O processo de transferência de calor É imparável (não pode ser parado), embora possa ser desacelerado (pode ser desacelerado), usando barras e isoladores. Mas sempre que houver uma diferença de calor no universo, o calor tenderá a ser transferido através dos meios disponíveis. Dependendo deles, essa transferência pode ocorrer através de três modos: condução, convecção e radiação.
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Dirigindo
Dirigir é chamado transferência de calor através do contato direto das partículas de um material com as de outro, sem transferir matéria entre os corpos. Ocorre em todos os estados de agregação: sólido, líquido ou gasoso, embora nos dois últimos a convecção seja geralmente preferida.
A quantidade de calor transferida por condução é determinada pela Lei de Fourier, segundo a qual a taxa de transferência de calor através de um corpo é proporcional ao gradiente de temperatura que nele existe.
Um exemplo simples é visto em um fogão elétrico: o queimador aquece devido às resistências elétricas e esse calor é transferido por condução para a panela que colocamos sobre ele e, por sua vez, a panela fará o mesmo com os alimentos que cozinhamos .
Também acontece quando tocamos acidentalmente na panela quente com a mão: o calor será transferido para a nossa pele ao entrar em contato, causando queimadura.
Convecção
A convecção é semelhante à condução, exceto que ocorre nos casos em que um fluido recebe calor e se move para transmiti-lo dentro de um espaço onde está contido. A convecção é a transporte de calor através do movimento de um fluidoseja gasoso ou líquido.
Essa transferência ocorre nos termos estabelecidos pela Lei do Resfriamento de Newton, que estabelece que um corpo perde seu calor a uma taxa proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e seu entorno.
Um exemplo claro disso ocorre quando aquecemos água em um recipiente. O calor transferido por condução do recipiente para o líquido aquecerá as porções que estão em contato direto com ele, que subirão e forçarão outras porções frias do líquido a ocuparem seu lugar, aquecendo assim a água de maneira uniforme.
Radiação
O último tipo de transferência de calor também é o único que pode ocorrer na ausência de contato e, portanto, também de meio físico, ou seja, no vácuo.
Isto é porque são a origem está no movimento térmico das partículas carregado de matéria, o que desencadeia a emissão de partículas eletromagnéticas, ou seja, radiação térmica, sendo sua intensidade dependente de sua temperatura e do comprimento de onda da radiação considerada.
Geralmente, corpos nesta situação emitem radiação ultravioleta, mas acima de determinadas temperaturas podem emitir radiação no espectro visível, ou seja, luz. A quantidade de calor irradiado desta forma pode ser determinada pela Lei de Stefan-Boltzmann.
Todos os dias observamos o melhor exemplo de radiação térmica: o Sol. Apesar de estar a 149,6 milhões de quilómetros do nosso planeta, a temperatura do Sol é tão elevada que irradia enormes quantidades de luz e calor para o espaço.
Ambas as coisas chegam à superfície da Terra e a mantêm aquecida e iluminada, com comprimentos de onda que vão do ultravioleta ao infravermelho, passando obviamente por todo o espectro visível.
Veja também: Espectro eletromagnético
Isoladores e barreiras de radiação
Como já dissemos, a transferência de calor não pode ser evitada, mas pode ser retardada através da utilização de certos materiais. Isto é porque Todos os materiais transferem calor de uma forma ou de outra, mas não na mesma proporção nem com a mesma facilidade.
Aqueles que o transmitem de forma rápida e eficiente são chamados de condutores térmicos.. Pelo contrário, aqueles que o fazem de forma lenta e laboriosa são chamados de isolantes térmicos (condução e convecção) ou barreiras (radiação).
Um exemplo claro de materiais isolantes são aqueles que compõem uma garrafa térmica, que permitem manter um líquido quente ou frio por mais tempo, ao retardar sua troca de calor com o meio ambiente.
Unidades de medida de transferência de calor
Segundo o Sistema Internacional de Medidas, a condutividade de um corpo é expressa em joules (J), o mesmo que para trabalho e energia. No entanto, existem outras unidades comumente usadas para medir a transferência de calor:
- Quilocalorias (Kcal). Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius. É uma medida frequentemente utilizada em nutrição para medir a energia química contida nos alimentos. Uma quilocaloria equivale a 1000 calorias.
- BTU Unidade Térmica Britânica ou unidade térmica britânica). É definido como a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de meio quilo de água em um grau Fahrenheit, o que equivale a 252 calorias. Esta medida é comumente utilizada em países de língua inglesa, principalmente no Reino Unido e nos Estados Unidos.
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Referências
- “Transferência de calor” na Wikipedia.
- “Radiação, condução e convecção: três formas de transferência de calor” em Nergiza.
- “Transferência de calor” na Universidade Nacional Experimental de Táchira (Venezuela).
- “Transferência de calor: Crash Course Engineering #14” (vídeo) em Crash Course.
- “Transferência de Calor (Física)” na Enciclopédia Britânica.