Física no Enem – Transmissão de Calor

Quando dois sistemas possuem temperaturas diferentes pode ocorrer de maneira espontânea à transmissão de energia na forma de calor do sistema de maior temperatura para o sistema de menor temperatura até que haja um equilíbrio térmico. Existem três formas desta transmissão ocorrer, pela condução, convecção ou radiação.

Condução

A condução precisa de um meio para a transferência da energia e não existe transformação de matéria, ou seja, as moléculas que compõem o corpo em que há a condução não se movimentam, apenas existe o transporte da energia carregada pelas moléculas.

Existem os bons e os maus condutores. A condutividade depende dos materiais de forma que, quanto maior a quantidade de calor que passa em determinado tempo em um material, ou seja, quanto maior o fluxo de calor (Φ), melhor o condutor.

conducao_calor

conducao_calor2

A figura acima representa uma barra de metal com temperaturas diferentes e constantes em suas extremidades, sendo a temperatura 2 (T2) maior que a temperatura 1 (T1), L é o comprimento da barra e a área e a área da secção da barra. Dessa forma apresentemos a seguinte fórmula.

conducao_calor3

Em que k é a constante de proporcionalidade que varia de acordo com o material.

A partir disso vemos que o fluxo de calor é diretamente proporcional a diferença de temperatura e a área de secção da barra e inversamente proporcional ao comprimento da barra, ou seja, quanto maior a barra, menor a quantidade de calor que passa por um tempo t.

Os metais geralmente são bons condutores pois possuem o valor de k elevado, já matérias como madeiras, tecidos possuem o valor de k baixo, esses materiais podem ser chamados de isolantes térmicos.

Convecção

A convecção precisa de um meio para ocorrer e há a transferência de matéria (líquidos e gases), ou seja, as moléculas se deslocam de uma região para outra, ela pode acontecer de maneira natural, quando há diferença de densidade, ou pode ser forçada, quando são usados ventiladores ou “bombas”.

Um exemplo de como a convecção é “usada” no cotidiano é sobre como devemos instalar um aquecedor ou ar-condicionado. Por convecção o ar quente tende a subir (menor densidade) enquanto o ar frio tende a descer devido á sua densidade maior, esse movimento do ar “cria” as chamadas correntes de convecção e é por essa razão que o ar-condicionado deve ser instalado no alto e o aquecedor no baixo.

Outro exemplo onde ocorre o processo de convecção são nas correntes marinhas que influenciam no clima do planeta.

Radiação

A radiação não precisa de um meio material para propagar, um exemplo é a radiação solar que transmite energia térmica através do vácuo chegando até a Terra. Nesse caso o corpo aquecido transmite energia na forma de ondas eletromagnéticas.

As garrafas térmicas possuem uma região de “quase vácuo” entre a parede exterior e a parede espelhada evitando a troca de calor com o ambiente tanto por convecção como por condução.

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Comentários

Revisão Enem: Transformações de Estados Físicos • infoEnem | infoEnem

[…] isso, podemos agora discutir sobre as transformações. A medida que um material troca calor, ele pode ou não mudar de fase. Por exemplo, existem materiais que a temperatura ambiente (25°C) […]

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