Convecção de Calor - Irradiação térmica

Convecção de Calor - Irradiação térmica

Convecção

A convecção de calor é a transmissão de calor por meio do transporte de matéria. Ela ocorre no interior de fluidos (líquidos e gases) como consequência da diferença de densidades entre diferentes partes do fluido. Por exemplo, consideremos o caso ilustrado na Fig. 1 em que um recipiente contendo água é colocado sobre uma chama. Pelo aquecimento, a parte inferior da água se dilata e fica com densidade menor do que a parte superior. Com isso, ocorre uma corrente ascendente e outra descendente. Essas correntes são chamadas correntes de convecção.

Fig. 1

Um outro caso em que ocorre convecção é o refrigerador doméstico (Fig. 2). O congelador fica na parte de cima, resfriando o ar que, ficando mais denso, desce. Para facilitar a passagem das correntes de ar, as prateleiras não são inteiriças mas sim em forma de grades.

Fig. 2

 Os aparelhos que refrigeram o ar ambiente devem ser colocados no alto (Fig. 3) enquanto os aquecedores de ambientes devem ser colocados próximo do solo (Fig. 4).

 
Fig. 3 Fig. 4

As brisas que ocorrem no litoral também são ocasionadas por convecção. Como a areia tem calor específico menor do que a água, durante o dia a areia está mais quente do que a água do mar. Com isso, o ar quente que está sobre a areia sobe (Fig. 5) sendo seu lugar ocupado pelo ar que vem do mar. A noite, a areia se resfria mais rapidamente que a água do mar. Assim, o ar que está sobre o mar sobe, dando lugar ao ar que vem da praia (Fig. 6).

Fig. 5 Fig. 6

Inversão térmica

Nas cidades, em geral, o ar poluído que está próximo do solo está mais quente que o ar das camadas superiores. Desse modo o ar poluído sobe e se dispersa nas camadas mais altas da atmosfera.

No entanto, no inverno, o ar poluído próximo do solo pode se tornar mais frio do que o ar das camadas superiores e desse modo não sobe, deixando a poluição estagnada próximo ao solo. Esse fenômeno é conhecido como inversão térmica.

Irradiação

No estudo da eletricidade apresentaremos o conceito de onda eletromagnética. Por enquanto vamos adiantar que todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas cuja intensidade aumenta com a temperatura. Essas ondas se propagam no vácuo e é dessa maneira que a luz e o calor são transmitidos do Sol até a Terra.

Fig.7

Entre as ondas eletromagnéticas, a principal responsável pela transmissão do calor é a onda de infravermelho.

Quando chegamos perto de uma fogueira, uma lâmpada incandescente ou um aquecedor elétrico, sentimos o calor emitido por eles. Uma parcela desse calor pode atingir-nos por condução através do ar, porém essa parcela é pequena, pois o ar é mau condutor de calor. A maior parte do calor que recebemos dessas fontes vem por irradiação de ondas eletromagnéticas.

Fig. 8

Quando uma onda eletromagnética incide em um corpo, uma parte pode ser refletida, uma parte transmitida e outra parte absorvida. Quanto será refletido ou transmitido ou absorvido, depende da onda e do material de que é feito o corpo.

Fig. 9

Os corpos negros absorvem praticamente tudo enquanto os corpos metálicos refletem praticamente tudo.

Estufa

Muitas plantas são criadas em estufas, que são recintos com paredes de vidro. O vidro deixa passar com facilidade as ondas vindas do Sol. Essas ondas são absorvidas pelo solo e pelos corpos no interior da estufa. O solo e os corpos interiores emitem por sua vez ondas de calor que, na sua maior parte, não conseguem atravessar o vidro. Desse modo, o interior da estufa fica mais quente do que o exterior.

Fig. 10

O vapor d'água e o gás carbônico da atmosfera têm um efeito semelhante ao do vidro. As ondas do Sol são absorvidas pela Terra a qual se aquece e passa a emitir ondas de calor que têm dificuldade em passar pelo vapor d'água e pelo gás carbônico, isso mantém aquecida a região próxima da superfície da Terra. Ultimamente, os veículos e as indústrias têm contribuído para aumentar a concentração de gás carbônico na atmosfera, o que tem provocado um aumento na temperatura média próxima da superfície da Terra. Esse fenômeno é chamado de efeito estufa. Esse aumento de temperatura tem consequências desastrosas para o nosso meio ambiente.

Garrafa térmica

Na Fig. 11 apresentamos um esquema de uma garrafa térmica. Ela é formada por um recipiente de vidro com parede dupla e espelhada, havendo vácuo entre as paredes. O vidro é mal condutor de calor. O espelhamento evita a transmissão de calor por irradiação. O vácuo (quase perfeito) entre as paredes impede a propagação por condução.

Fig. 11

Sumário

- Convecção
i. Inversão térmica
- Irradiação
i. Estufa
ii. Garrafa térmica
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