Qual é o principal processo de propagação de calor envolvido no caso a seguir aquecimento de uma barra de ferro?

Índice

Introdução

Quando dois sistemas com temperaturas diferentes são aproximados, ocorre transferência de energia do sistema de maior temperatura para o de menor temperatura, até que se atinja o equilíbrio térmico, ou seja, até que os sistemas alcancem a mesma temperatura. 

Essa energia em movimento é denominada de calor. A propagação de calor pode ocorrer de três formas: condução, convecção e radiação.

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Condução

A condução é o processo de propagação do calor que se dá por transferência de energia entre as partículas, desse modo, ela necessita de um meio para ocorrer. Esse processo pode ser percebido quando se aquece uma das extremidades de uma barra metálica. 

Condução de calor por uma barra metálica.

No início, ao tocar a extremidade da barra que está distante da fonte de aquecimento, percebe-se que ela está fria, mas após certo tempo, sente-se que ela também está aquecendo. Se a fonte de aquecimento for retirada, a barra tende a alcançar o equilíbrio térmico. Assim, toda a barra tende a atingir uma mesma temperatura.

A explicação para esse fenômeno é dada pela transferência de energia entre as partículas da barra. As moléculas mais próximas da fonte de aquecimento recebem energia e agitam-se com maior intensidade. 

Essa agitação provoca colisões com outras moléculas próximas, resultando na transferência de energia e consequentemente na agitação dessas outras moléculas. Esse processo propaga-se por toda a barra (meio de propagação).

É devido à condução que a xícara fica aquecida quando contém um líquido quente e que o cabo da panela esquenta quando ela é colocada no fogão aceso, por exemplo.

A xícara fica aquecida quando contém café.

Convecção

Para que ocorra a convecção também é necessária a existência de um meio de propagação, geralmente fluido (líquido ou gasoso).  Esse processo de propagação de calor acontece devido ao surgimento de correntes de convecção nos fluidos. 

As correntes de convecção surgem pela diferença de densidade das partículas no fluido. Geralmente, partículas mais aquecidas são menos densas e tendem a subir, enquanto que partículas mais frias são mais densas e tendem a fazer o movimento contrário.

Isso acontece, por exemplo, ao se aquecer água no fogão. As moléculas mais no fundo, próximas ao fogo, aquecem mais rapidamente, tornando-se menos densas que as moléculas mais próximas à superfície. 

Com isso, as moléculas mais quentes sobem, ficando mais próximas da superfície e as moléculas mais frias descem, aproximando-se do fogo. 

Correntes de convecção no aquecimento da água.

É devido à convecção que o congelador fica na parte de cima da geladeira. O ar mais próximo congelador é mais frio e, portanto, mais denso, assim ele tende a descer, resfriando o restante da geladeira. Por esse mesmo motivo, os aparelhos de ar-condicionado devem ser instalados em partes mais altas das paredes. Já os aquecedores devem ficar em regiões mais baixas, para que o ar aquecido e menos denso, suba e esquente o restante do ambiente.

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Correntes de convecção dentro da geladeira, causada pela menor temperatura do congelador.
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Radiação

Diferentemente da condução e da convecção, a radiação não precisa de meio para ocorrer, pois a energia térmica neste processo é transferida por ondas eletromagnéticas, que são capazes de propagar-se no vácuo. 

Todos os corpos emitem energia por radiação a todo momento. Em temperaturas próximas à ambiente, esse fenômeno normalmente não pode ser percebido por olhos humanos, mas pode ser visualizado quando o corpo encontra-se a temperaturas muito altas, como uma brasa incandescente. Em períodos muito frios, alguns animais, como as cascavéis, hibernam em bandos, para que cada indivíduo possa usufruir da energia irradiada pelos outros membros do grupo. 

Alguns tipos de óculos de visão noturna também utilizam essa emissão de energia dos corpos para possibilitar a visualização de pessoas e animais.

A radiação é essencial para a existência da vida na Terra. Como o planeta e o Sol estão situados no vácuo, essa forma de propagação é a única que permite que a Terra receba energia solar.

Além disso, é devido a esse processo de propagação de calor que o ser humano pode aproveitar o fogo de uma lareira ou de uma fogueira para aquecer-se no frio, o que, nos primórdios da existência humana, foi essencial para a sobrevivência da espécie.

A radiação solar é essencial para a vida na Terra.

A radiação proporciona a deliciosa sensação de estar perto da lareira em um dia frio.

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