Propagação de calor (condução, convecção, 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.

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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.

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:

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.

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.

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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.