O que é troca de calor por convecção

 O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.

A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor. Todos os corpos emitem radiações térmicas que são proporcionais à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia. Um exemplo desse processo é o que acontece com a Terra, que, mesmo sem estar em contato com o Sol, é aquecida por ele. Outro exemplo pode ser observado na figura a seguir:

O calor também pode ser transferido de um meio para o outro por meio da condução. Para entender melhor esse processo de transferência de calor, imagine a seguinte situação: segurando uma barra de ferro em uma das suas extremidades e colocando a outra ponta sobre uma chama, ela começará a aquecer. Primeiramente, a parte que está sobre o fogo terá sua temperatura elevada, pois a chama está transferindo energia para a barra. As moléculas que a constituem começarão a ficar agitadas e chocar-se-ão com as outras que não estão em contato com o fogo. Essa agitação será transmitida de molécula para molécula até que todo o objeto fique aquecido.

É assim que ocorre a condução de calor, a energia propaga-se em virtude da agitação molecular. Esse processo é mais eficiente em materiais como os metais, que são bons condutores de calor. Isso também explica o motivo das panelas serem feitas de metal.

Por fim, há a convecção, que é a forma de transferência de calor comum para os gases e líquidos. O exemplo a seguir descreve como acontece a convecção:

Ao colocar água para ferver, a parte que está próxima ao fogo será a primeira a aquecer. Quando ela aquece, sofre expansão e fica menos densa que a água da superfície, sendo assim, ela desloca-se para ficar por cima, enquanto a parte mais fria e densa move-se para baixo. Esse ciclo repete-se várias vezes e forma uma corrente de convecção, que é ocasionada pela diferença entre as densidades, fazendo com que o calor seja transferido para todo o líquido. Observe a figura:

A convecção térmica é uma das formas de propagação do calor que ocorre nos líquidos e gases.

Ela recebe esse nome pois a transmissão do calor acontece por meio das correntes de convecção circulares que se formam por conta da diferente de densidade entre os fluidos. Note que a densidade muda quando a temperatura varia.

Ilustração das correntes de convecção

Além dela, o calor pode se propagar por irradiação térmica (ondas eletromagnéticas) e condução térmica (agitação das moléculas).

Lembre-se que o calor (ou energia calorífica) corresponde a troca de energia que ocorre entre os corpos.

Para se atingir o equilíbrio térmico (mesma temperatura) entre dois corpos, o calor transfere a energia térmica de um corpo (com maior temperatura) a outro (de menor temperatura).

Exemplos de Convecção Térmica

Confira abaixo 5 exemplos de convecção térmica que acontece nos líquidos e gases.

Exemplo 1

Um exemplo de convecção térmica é quando aquecemos uma panela no fogão. Esse processo cria as correntes de convecção onde a água que está próxima do fogo torna-se menos densa e sobe, enquanto a que está fria torna-se mais densa e desce.

Exemplo 2

Outro exemplo de convecção térmica nos líquidos acontece nos radiadores dos carros. Assim, a água quente do motor é menos densa, e por isso, tende a subir para o radiador, onde esfriará novamente.

Da mesma maneira, a geladeira cria correntes de convecção, onde o ar quente sobe e o ar frio, desce. São essas correntes que mantém a temperatura interior baixa. Por isso, o congelador está localizado na parte superior.

Exemplo 4

Podemos citar também o ar condicionado e os aquecedores. O primeiro é instalado na parte de cima de um ambiente. Já os aquecedores ficam próximos ao chão. Se o ar condicionado tem o objetivo de esfriar o ambiente, ele deve ser instalado na parte de cima, pois o ar quente sobe, enquanto o frio desce. Por outro lado, o aquecedor tem a função de aquecer o ambiente e, portanto, o ar quente que ele lança, sobe, e o ar frio desce.

Exemplo 5

Além deles, o ar atmosférico pode ser um exemplo da transmissão de calor por convecção térmica. Nesse caso, as correntes de vento atuam como as correntes de convecção, de forma que o ar quente fica menos denso e sobe e, o ar frio, desce.

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Exercícios de Vestibular com Gabarito

1. (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível:

a) no vácuo b) nos sólidos c) nos líquidos d) nos gases

e) nos fluidos em geral.

2. (UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à:

a) convecção do ar aquecido b) condução do calor c) irradiação da luz e do calor d) reflexão da luz

e) polarização da luz.

3. (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por:

a) radiação e convecção b) radiação e condução c) convecção e radiação d) condução e convecção

e) condução e radiação

Mais exercícios sobre temperatura e calor.

A propagação ou transmissão de calor pode ocorrer de três maneiras:

1. Condução Térmica
2. Convecção Térmica
3. Irradiação Térmica

O que é calor?

Vale lembrar que o calor, também chamado de energia calorífica, é um conceito da área da física que determina a troca de energia térmica entre dois corpos.

Essa transferência de energia tem a finalidade de atingir o equilíbrio térmico entre dois corpos, ou seja, a mesma temperatura.

Assim, um corpo mais quente transfere calor para um corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.

Tipos de Propagação de Calor

Ilustração das três formas de transmissão de calor

Condução Térmica: A energia calorífica é transmitida por meio de corpos sólidos que aquecem, seja pelo calor do fogo, ou pelo contato com outro mais quente. Assim, quando aquecemos um corpo sólido, a energia cinética aumenta e consequentemente, a agitação das moléculas.

Convecção Térmica: esse tipo de transmissão de calor ocorre em substâncias que estejam no estado líquido ou gasoso. Criam-se correntes circulares chamadas de "correntes de convecção", as quais são determinadas pela diferença de densidade entre o fluido mais quente e o mais frio.

Irradiação Térmica: por meio das ondas eletromagnéticas ou ondas de calor de um corpo ocorre a transferência de energia térmica. Nesse caso, as partículas elétricas de um objeto aumentam, da mesma forma que sua energia cinética.

Exemplos de Propagação de Calor

Condução Térmica

• Aquecimento de uma barra de metal
• Aquecimento de uma colher de metal pousada numa panela
• Aquecimento do cabo de metal de uma panela
• Aquecimento de uma xícara de chá ou café
• Aquecimento da roupa pelo ferro elétrico

Convecção Térmica

• Aquecimento de líquidos numa panela
• Geladeira e congelador
• Ar-condicionado
• Aquecedores
• Correntes de ar atmosférico

Irradiação Térmica

• Energia solar
• Placas solares
• Assar alimentos no formo
• Fogo das lareiras
• Estufas das plantas

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Exercícios de Vestibular com Gabarito

1. (UFTM) A respeito dos processos de transmissão de calor, considere:

I. na convecção, o calor é transferido de um lugar para outro tendo como agentes os próprios fluidos; II. na condução, ocorre a transferência de energia cinética entre as partículas;

III. na irradiação, o calor é transmitido sob a forma de ondas eletromagnéticas.

É correto o contido em

a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

2. (UNISINOS-RS) Profissionais da área de saúde recomendam o uso de roupas claras para a prática de exercícios físicos, como caminhar ou correr, principalmente no verão. A preferência por roupas claras se deve ao fato de que elas:

a) absorvem menos radiação térmica do que as roupas escuras. b) refletem menos a radiação térmica do que as roupas escuras. c) absorvem mais a radiação térmica do que as roupas escuras. d) impedem a formação de correntes de convecção com maior facilidade do que as roupas escuras.

e) favorecem a condução do calor por apresentarem maior condutibilidade térmica do que as roupas escuras.

3. (Mackenzie) Uma das razões que faz a água, próxima à superfície livre de alguns lagos, congelar no inverno, em regiões de baixas temperaturas, é o fato de que ao ser resfriada, no intervalo aproximado de 4 °C a 0 °C, ela sofre um processo de dilatação. Com isso seu volume ____________ e sua densidade ____________.

Desprezando os efeitos da irradiação térmica, durante esse resfriamento a água do fundo do lago não consegue atingir a superfície livre, pois não ocorre mais a ____________ e sua temperatura diminuirá, devido ao processo de____________.

As informações que preenchem corretamente as lacunas, na ordem de leitura são, respectivamente:

a) aumenta, diminui, convecção térmica e condução térmica. b) diminui, aumenta, convecção térmica e condução térmica. c) aumenta, diminui, condução térmica e convecção térmica. d) diminui, aumenta, condução térmica e convecção térmica.

e) aumenta, aumenta, condução térmica e convecção térmica.

4. (PUC-MG) Uma garrafa térmica tem paredes prateadas e duplas com vácuo no espaço intermediário. A vantagem de se fabricarem garrafas térmicas assim é porque as paredes prateadas:

a) absorvem o calor e o vácuo é um ótimo isolante térmico. b) são altamente refletoras e o vácuo, um ótimo isolante térmico. c) absorvem o calor e o vácuo é um excelente condutor.

d) são altamente refletoras e o vácuo é um excelente condutor.

5. (CFT-MG) As modernas panelas de aço inox possuem cabos desse mesmo material, que é um __________ condutor de calor. Eles não queimam as mãos das pessoas, porque possuem um formato vazado, facilitando a troca de calor por __________ do ar através deles.

A opção que completa, correta e respectivamente, as lacunas é

a) mau / irradiação. b) bom / irradiação. c) bom / convecção.

d) mau / convecção.

Estude com mais exercícios sobre temperatura e calor.