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Propagação de calor (condução, convecção, irradiação)

A propagação de calor é o processo de transferência de calor entre corpos que possuem diferentes temperaturas.
Bule sobre chama de fogão ilustrando as formas de propagação de calor: condução, convecção e irradiação.
Durante o aquecimento de uma panela ocorrem as três formas de propagação de calor: condução, conveccção e irradiação.

A propagação de calor é o fluxo de calor, energia térmica, por meio de dois ou mais sistemas termodinâmicos que estão a temperaturas distintas. Ela pode ocorrer por condução térmica, convecção térmica ou irradiação térmica.

Leia também: Diferença entre calor e temperatura

Resumo sobre propagação de calor

  • O calor é definido como a energia transmitida entre sistemas termodinâmicos a temperaturas distintas.

  • A propagação de calor ocorre por meio de condução térmica, conveccção térmica e irradiação térmica.

  • A condução térmica é uma forma de propagação de calor pelo contato físico entre os sólidos, que são aquecidos ou resfriados átomo por átomo.

  • A convecção térmica é uma forma de propagação de calor pela formação de correntes de convecção descendentes e ascendentes.

  • A irradiação térmica é uma forma de propagação de calor pelas ondas eletromagnéticas, as quais se propagam no vácuo.

Videoaula sobre propagação de calor

O que é calor?

O calor, também chamado de energia térmica, é a energia transferida entre corpos que apresentam temperaturas diferentes, fluindo do sistema termodinâmico de maior temperatura para o sistema termodinâmico de menor temperatura até que ambos atinjam o equilíbrio térmico, de acordo com a lei zero da termodinâmica. Segundo o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade de medida é o Joule (J), mas também pode ser utilizada a unidade de medida caloria (cal). Para saber mais sobre o calor, clique aqui.

O que é propagação de calor?

A propagação de calor é o processo de transmissão de calor entre sistemas termodinâmicos que apresentam diferenças de temperatura, ocorrendo por condução térmica, convecção térmica e irradiação térmica.

Quais são os tipos de propagação de calor?

Os tipos de propagação de calor são a condução térmica, a convecção térmica e a irradiação térmica.

  • Condução térmica

A condução térmica é a propagação de calor que acontece por meio do contato físico entre sólidos a temperaturas diferentes.

Quando ocorre o contato entre esses sólidos, os átomos do corpo mais quente eventualmente colidem com os átomos do corpo mais frio, transferindo energia a este e aumentando a vibração dos seus átomos até que ambos os sólidos apresentem o mesmo grau de agitação e a mesma temperatura, como podemos ver na imagem abaixo.

Condução de calor por um cilindro metálico em contato com uma chama de vela.
Condução de calor por um cilindro metálico em contato com uma chama de vela.

Nos metais, além da propagação de calor de átomo para átomo, temos a propagação de calor por meio dos elétrons mais distantes do núcleo, nomeados elétrons livres. Podemos observar a condução térmica no:

  • aquecimento de uma barra metálica;

  • aquecimento de uma colher de metal que está tocando uma panela;

  • aquecimento do cabo de uma panela que está no fogo;

  • aquecimento do corpo humano quando está tocando outro corpo humano;

  • aquecimento da xícara pelo chá ou café;

  • resfriamento dos líquidos e corpos em contato com gelo.

Para saber mais sobre essa forma de propagação de calor e suas implicações, clique aqui.

  • Convecção térmica

A conveccção térmica é a propagação de calor que acontece por meio de correntes convectivas nos fluidos, sendo eles líquidos ou gases.

Quando um fluido sofre diferenças de temperatura, a parte quente do fluido sobe (corrente ascendente) e a parte fria desce (corrente descendente), formando correntes de convecção que transmitem calor até que todo o fluido esteja à mesma temperatura, como podemos ver na imagem abaixo:

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 Correntes de convecção de calor em recipiente submetido a chamas.
 Correntes de convecção de calor em recipiente submetido a chamas.

Podemos observar a convecção térmica em:

  • aquecimento de líquidos no interior de uma panela ao fogo;

  • aquecimento dos corpos pelos aquecedores;

  • aquecimento ou resfriamento pelas correntes de ar atmosférico;

  • resfriamento dos alimentos na geladeira ou congelador;

  • resfriamento dos corpos pelos ares-condicionados;

  • lâmpada incandescente;

  • brisas marítimas.

Para saber mais sobre essa forma de propagação de calor, clique aqui.

  • Irradiação térmica

A irradiação térmica é a propagação de calor que acontece por meio das ondas eletromagnéticas, não necessitando de meio para se propagar. Em razão disso, ela é a única forma de propagação de calor no vácuo.

Esquema ilustrativo mostra irradiação térmica vinda do Sol em direção à Terra.
Esquema ilustrativo mostra irradiação térmica vinda do Sol em direção à Terra.

Podemos observar a irradiação térmica em situações como:

  • aquecimento da Terra e dos seres que a habitam pelo Sol;

  • aquecimento das placas solares;

  • aquecimento dos alimentos em fornos elétricos e air fryers;

  • irradiação proveniente das ondas eletromagnéticas do Sol;

  • dissipação de fogo;

  • estufas de plantas.

Leia também: Física explica a melhor cor de roupa para usar no calor

Exercícios resolvidos sobre propagação de calor

Questão 1

(Unicamp) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível.

Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido.

I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por [...]

II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por [...].

III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por [....].

Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são:

a) condução, convecção e irradiação.

b) condução, irradiação o e convecção.

c) convecção, condução e irradiação.

d) convecção, irradiação e condução.

Resolução:

Alternativa D.

I - As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por convecção, já que facilitará que o ar quente suba e o ar frio desça.

II - O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por irradiação, já que não é necessário um meio para se transportar.

III – Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por condução, evitando que as moléculas percam ou ganhem calor.

Questão 2

(PUC-Rio) O mecanismo por meio do qual ocorre a perda de calor de um objeto é dependente do meio no qual o objeto está inserido. No vácuo, podemos dizer que a perda de calor se dá por:

a) Condução

b) Convecção

c) Irradiação

d) Condução e convecção

e) Convecção e irradiação.

Resolução:

Alternativa C.

Como no vácuo não existe um meio, a perda de calor só pode ser por irradiação.

Publicado por Pâmella Raphaella Melo
Assista às nossas videoaulas

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