Transmissão de Calor

 Processos de Propagação do Calor

  A energia térmica pode ocorrer de três maneiras diferentes:

         - Condução

         - Convecção

         - Radiação

   Condução

   Condução, é o processo de propagação de calor no qual a energia térmica passa de partícula para partícula do meio.

   Colocando no fogo uma extremidade de um objeto metálico comprido, a temperatura da outra extremidade logo fica alta. Isto se deve ao fato de o calor ser transmitido através das moléculas que compõem o metal. Da mesma maneira ocorre ao introduzir uma pequena colher em uma xícara de café ou chá quente, a colher logo fica inteiramente quente.

   Na condução,as partículas permanecem vibrando em torno de suas posições de equilíbrio. Não ocorre o deslocamento de partículas.

   A condução não ocorre no vácuo.

Forças intermoleculares e a condução

  Quando em um corpo, duas moléculas vizinhas estão em posição de equilíbrio, as forças de interação entre elas é nula. Assim d0 é a distância que separa as moléculas.

  Quando a distância d é maior que d0 surge forças de interação atrativas. Quando a distância é menor que d0, surge forças de interação repulsivas.

   As moléculas ao vibrarem com maior amplitude, conseguem aproximar-se mais das moléculas vizinhas, intensificando as forças repulsivas. Consequentemente, as moléculas vizinhas são "sacudidas" pelas primeiras, passando a um estagio de vibrações e amplitudes maiores. Assim, a energia térmica (o calor) é conduzida de molécula para molécula do meio a que elas pertencem.

Calculo do fluxo de calor (Φ)

   
  Devido a diferença de temperatura entre as extremidades A e B, há um fluxo de calor através da   barra no sentido da extremidade mair quente  para a mais fria. Esse fluxo térmico é definido pela quantidade de calor Q que atravessa a barra e o intervalo de tempo.

  Inicialmente as diversas secções da barra apresenta temperatura variável. Decorrido certo intervalo de tempo, essas secções assumem temperaturas constantes, mas diferentes entre si. Nessa situação, atingiu-se um equilíbrio e o fluxo de calor dá-se  em regime permanente ou estacionário. O fluxo de calor é o mesmo em qualquer secção da barra, e a temperatura é maior em A e vai diminuindo a medida que se aproxima de B.
  O regime permanente ou estacionário depende de quatro fatores:

      - área da barra (A)
      - comprimento (L)
      - diferença de temperatura (Δθ)
      - e do material em que a barra é feita

   A grandeza K é uma constante característica do material da barra, sendo denominada coeficiente de condutividade térmica.
   Os maiores valores do coeficiente K pertencem aos metais, que são melhores condutores de energia térmica.
   Os menores valores de K ficam para os isolantes térmicos, como a lã, vidro, cortiça, a madeira, os gases em geral e outros.

Convecção

  Convecção consiste na transmissão de calor através dos deslocamento de camadas do material, devido a diferença de densidade entre elas.

 A convecção só ocorre em líquidos e gases.

 A convecção ocorre quando um líquido ou ar que ao ser aquecido fica menos denso e tende a subir,, forçando a "mais" densa a descer. A convecção é um movimento cíclico.

 A energia térmica muda de local acompanhando as partículas do fluido, ao contrario da condução, em que apenas a energia térmica se desloca e as partículas permanecem em suas posições de equilíbrio.

   Um dos melhores exemplos da troca de calor por convecção é encontrado no refrigeradores domésticos. O ar em contato com o alimentos se aquece, expande-se como consequência diminuição da densidade, sobe até o congelador, onde é resfriado e volta a descer. Para que isso aconteça é necessário que o congelador esteja na parte superior e as prateleiras sejam grandes vazadas.  

  Outro exemplo de convecção é quando colocamos uma vasilha de água no fogo a medida que a água mais próxima ao fogo esquenta há uma formação de bolhas que fica menos densa e sobe, ocupando o lugar de uma porção com temperatura menor, e esta por ser mais densa, desce, onde é aquecida é retorna a parte superior.

Radiação

  

   Radiação processo de propagação de energia térmica através de ondas eletromagnéticas, principalmente as infravermelhas.

   Todas a ondas eletromagnéticas transportam calor, porém apenas as correspondentes ao infravermelho são chamadas e ondas de calor. Em um banho de sol recebemos, entre outras radiações, a ultravioleta e a infravermelha, sendo a ultravioleta responsável pelo bronzeado e a infravermelha provoca queimaduras na pele, pois transmite mais facilmente a energia térmica ao ser absorvida. 

   A radiação é o único processo de propagação de calor que ocorre no vácuo.

  O fato de as ondas eletromagnéticas se propagar no vácuo explica o porque o calor do Sol chegar até a Terra.

 



Fonte:
Bibliografia: Tópicos da Física 2: Newton Helou Gualter
Paraná, Djalma Nunes - Física - Volume único. 5ªed. Editora Moderna