Como distinguir transferência de calor de outras formas de transferência de energia?

Falar a respeito do tema calor ainda pode trazer confusão para algumas pessoas. Em termologia, calor está ligado à transferência de energia térmica de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura, ou seja, calor é a energia em trânsito. Para melhor assimilação, vamos ao seguinte exemplo:

Vamos imaginar que, em um sistema isolado (dentro de uma caixa de isopor, por exemplo), foram colocados dois objetos. O objeto A, à temperatura de 200°C; e o objeto B, à temperatura de 20ºC. De acordo com a lei zero da termodinâmica, com o passar do tempo, a temperatura do objeto A diminui enquanto que a temperatura do objeto B aumenta, até que ambos atinjam a mesma temperatura, ficando em equilíbrio térmico. A energia que se transferiu do objeto A para o objeto B é chamada de calor ou energia térmica.

Tópicos deste artigo

• 1 - Mapa Mental: Calor
• 2 - Transmissão de Calor
• 3 - Condução
• 4 - Convecção
• 5 - Irradiação

Mapa Mental: Calor

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Transmissão de Calor

Para que ocorra troca de calor, é necessário que ele seja transferido de uma região a outra através do próprio corpo, ou de um corpo para outro. Existem três processos de transferência de calor estudados na termologia, são eles: condução, convecção e irradiação. A irradiação é a propagação de ondas eletromagnéticas que não precisam de meio para se propagar, enquanto que a condução e a convecção são processos de transferência que necessitam de um meio material para se propagar.

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Condução

Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este. Esse processo de condução de calor é denominado condução. No caso dos metais, além da transmissão de energia de átomo para átomo, há a transmissão de energia pelos elétrons livres, ou seja, são os elétrons que estão mais afastados do núcleo e que são mais fracamente ligados aos núcleos, portanto, esses elétrons, colidindo entre si e com átomos, transferem energia com bastante facilidade. Por esse motivo, o metal conduz calor de modo mais eficiente do que outros materiais.

Convecção

Da mesma forma que o metal, os líquidos e os gases são bons condutores de calor. No entanto, eles transferem calor de uma forma diferente. Esta forma é denominada convecção. Esse é um processo que consiste na movimentação de partes do fluido dentro do próprio fluido. Por exemplo, vamos considerar uma vasilha que contenha água à temperatura inicial de 4°C. Sabemos que a água acima de 4ºC se expande, então ao colocarmos essa vasilha sobre uma chama, a parte de baixo da água se expandirá, tendo sua densidade diminuída e, assim, de acordo com o Princípio de Arquimedes, subirá. A parte mais fria e mais densa descerá, formando-se, então, as correntes de convecção. Como exemplo de convecção temos a geladeira, que tem seu congelador na parte de cima. O ar frio fica mais denso e desce, o ar que está embaixo, mais quente, sobe.

Irradiação

Podemos dizer que a irradiação térmica é o processo mais importante, pois sem ela seria praticamente impossível haver vida na Terra. É por irradiação que o calor liberado pelo Sol chega até a Terra. Outro fator importante é que todos os corpos emitem radiação, ou seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do material de que é feito o corpo e de sua temperatura. Portanto, o processo de emissão de ondas eletromagnéticas é chamado de irradiação. A garrafa térmica é um bom exemplo de irradiação térmica. A parte interna é uma garrafa de vidro com paredes duplas, havendo quase vácuo entre elas. Isso dificulta a transmissão de calor por condução. As partes interna e externa da garrafa são espelhadas para evitar a transmissão de calor por irradiação.

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

*Mapa Mental por Rafael Helerbrock
Mestre em Física

A condução consiste na transferência de calor através de uma substância de uma zona a temperatura mais elevada, para uma zona a temperatura mais baixa por choque mútuo entre os átomos ou moléculas permitindo que as partículas rápidas provenientes de altas temperaturas transmitam energia cinética às mais lentas.
Numa transferência de energia por condução não há, portanto, transporte de matéria, mas sim interação entre partículas.
A transmissão do calor através dos metais realiza-se por um mecanismo de condução uma vez que estes possuem eletrões livres nos átomos, que contribuem para a condução térmica. Por este motivo os metais são bons condutores térmicos.
Os líquidos e os gases são piores condutores do que os sólidos metálicos uma vez que as partículas que os constituem estão mais afastadas umas das outras do que nos sólidos metálicos, não sendo por este motivo tão fácil de transferir o calor por condução.
O valor do calor transferido por um mecanismo de condução é diferente para as várias substâncias e é determinado pela designada Lei de Fourier, em homenagem a Joseph Fourier (1768-1830), que em 1822 estabeleceu a referida lei.
A convecção é um processo pelo qual o calor é transferido de um local para outro de um fluído, pelo próprio movimento de partículas desse fluído. É um mecanismo de transferência de calor típico dos meios fluídos (líquidos e gases), já que só nestes há possibilidade de deslocação do meio em que se propaga o calor.
Existem dois tipos de convecção: convecção natural ou espontânea e convecção forçada.
Na convecção natural, o movimento ocorre resultante da força da gravidade (peso). A parte quente do fluído dilata-se, torna-se menos densa e sobe. Por sua vez a parte mais fria do fluído desce, indo ocupar o lugar deixado pela parte quente.
Este é um processo que ocorre na maioria dos sistemas domésticos de aquecimento de água tais como as caldeiras e os cilindros de água quente.
Na convecção forçada o movimento do fluído é imposto por meios exteriores como por exemplo bombas e aspiradores.
Além da condução e da convecção, o calor pode ainda ser transmitido por radiação.
A radiação é energia sob a forma de ondas eletromagnéticas visíveis e invisíveis que se propagam através do espaço, envolvendo campos elétricos e magnéticos que vibram em direções perpendiculares entre si e à direção de propagação, não necessitando de meio de suporte.
A existência de ondas eletromagnéticas foi demonstrada pelo físico alemão Heinrich Hertz. Este realizou ensaios durante muitos anos. Em 1866 conseguiu, no seu laboratório, gerar ondas eletromagnéticas, que tinham propriedades idênticas às que Maxwell prognosticara.
Todo o corpo, desde que esteja a uma temperatura superior à temperatura ambiente, emite radiação. Quanto maior for a temperatura do corpo, maior será a energia irradiada.
Um corpo quando atingido por uma radiação, reflete uma parte, transmite outra através dele e a restante parte é absorvida. Esta última energia contribui para um aumento da temperatura do corpo uma vez que há um aumento da sua energia interna.
A energia associada às radiações solares possui diversas aplicações, nomeadamente em agricultura, em meteorologia, em sistemas de aquecimento e em geradores de eletricidade.

O que diferencia o processo de transferência de calor?

Quais são as formas de transferência de calor?

Qual a diferença entre o processo de transferência de calor por convecção e o por condução?

Por que o trabalho e o calor são diferentes formas de transferência de energia?