Propagação de Calor: Condução, Convecção e Irradiação

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BIOFÍSICA
PROFESSOR: ROGÉRIO TERRA FÍSICO ESP.
Propagação de Calor
A propagação ou transmissão de calor pode ocorrer de três maneiras:
Condução Térmica
Convecção Térmica
Irradiação Térmica
O que é calor?
Vale lembrar que o calor, também chamado de energia calorífica, é um conceito da área da física que determina a troca de energia térmica entre dois corpos.
Essa transferência de energia tem a finalidade de atingir o equilíbrio térmico entre dois corpos, ou seja, a mesma temperatura.
Assim, um corpo mais quente transfere calor para um corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.
Tipos de Propagação de Calor
Condução Térmica: A energia calorífica é transmitida por meio de corpos sólidos que aquecem, seja pelo calor do fogo, ou pelo contato com outro mais quente. Assim, quando aquecemos um corpo sólido, a energia cinética aumenta e consequentemente, a agitação das moléculas.
Convecção Térmica: esse tipo de transmissão de calor ocorre em substâncias que estejam no estado líquido ou gasoso. Criam-se correntes circulares chamadas de "correntes de convecção", as quais são determinadas pela diferença de densidade entre o fluido mais quente e o mais frio.
EXEMPLOS DE Convecção Térmica 
Irradiação Térmica: por meio das ondas eletromagnéticas ou ondas de calor de um corpo ocorre a transferência de energia térmica. Nesse caso, as partículas elétricas de um objeto aumentam, da mesma forma que sua energia cinética.
Condução Térmica
A condução térmica, também chamada de difusão térmica, é um tipo de propagação de calor que acontece num meio material decorrente das agitações das moléculas.
Com o aumento da temperatura de um corpo sólido (seja por aquecimento ou contato com outro), a energia cinética também aumenta. Isso resulta numa maior agitação das moléculas.
Lembre-se que o calor é a troca de energia que ocorre entre dois corpos. Assim, para se atingir o equilíbrio térmico (mesma temperatura), o corpo mais quente aquece o corpo mais frio através da transferência de energia térmica.
Além da condução térmica, existem mais duas formas de propagação do calor: a convecção térmica (por correntes de convecção) e a irradiação térmica (por ondas eletromagnéticas).
Isolantes e Condutores Térmicos
A condução térmica depende do material utilizado, visto que alguns conduzem mais energia térmica que outros.
Como o próprio nome indica, um isolante térmico isola a passagem de calor. Os mais utilizados são: plástico, borracha, madeira, lã, isopor, dentre outros.
Por sua vez, os condutores térmicos facilitam a passagem de calor, pois possuem grande condutibilidade térmica. O condutor térmico mais comum é o metal.
Exemplo
Quando estamos fazendo comida, ao mexer na panela com uma colher, devemos escolher uma de plástico ou madeira. Isso porque elas são isolantes térmicos, os quais impedem a passagem de calor.
Por outro lado, uma colher de metal (alumínio, ferro, etc.) não é isolante térmico e conduz o calor rapidamente pelo material.
Sendo assim, com o calor emitido pela chama do fogão, a colher fica quente logo, o que pode causar queimaduras na pele.
Isso explica porque a maioria das panelas são feitas de metais e os cabos de plástico ou madeira. Sendo assim, o metal possui maior capacidade de conduzir calor e, portanto, aquece rapidamente a comida.
Equilíbrio Térmico
O equilíbrio térmico, também chamado de equilíbrio termodinâmico, é quando dois corpos ou substâncias atingem a mesma temperatura.
Este conceito da termodinâmica está relacionado com a transferência de calor espontânea (energia térmica) que ocorre entre dois corpos em contato.
Nesse processo, o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura.
A troca de energia entre dois corpos (energia calorífica) resulta na perda de energia térmica do corpo mais quente e no ganho de energia do corpo mais frio.
Exemplo
Como exemplo, podemos citar a mistura de café quente com leite frio. Ainda que tenham temperaturas iniciais distintas, em pouco tempo o corpo mais quente (café) transfere energia térmica para o mais frio (leite). Assim, a mistura fica morna, resultado do equilíbrio térmico.
Supondo que a café estava a 50 °C e o leite a 20 °C, o equilíbrio térmico é atingido quando ambos estão com 35 °C.
Calor e Temperatura
Calor e Temperatura são dois conceitos fundamentais na termologia (Termofísica) os quais, são considerados sinônimos.
No entanto, o calor designa a troca de energia entre corpos, enquanto que a temperatura caracteriza a agitação das moléculas de um corpo.
Calor
O calor (energia calorífica) é caracterizado pela transferência de energia térmica que flui de um corpo (com maior temperatura) ao outro (de menor temperatura) quando há diferença de temperatura entre ambos.
Dessa forma, o equilíbrio térmico ocorre quando os dois corpos, por meio da transferência de calor, atingem a mesma temperatura.
A propagação de calor pode ocorrer de três maneiras, a saber: condução, convecção e irradiação.
Na condução térmica, a transferência de calor é dada pela agitação das moléculas, por exemplo, ao segurar uma barra de ferro e aquecer a outra extremidade, em pouco tempo, a barra inteira se aquecerá.
Na convecção térmica, a transferência de calor ocorre entre líquidos e gases; é o que acontece com o aquecimento de água numa panela, donde criam-se "correntes de convecção" e a água que está próxima do fogo sobe, enquanto a que está fria desce.
Por fim, na irradiação térmica, o calor é propagado por meio de ondas eletromagnéticas, sem que seja necessário o contato entre os corpos, por exemplo, se aquecer perto de uma lareira.
Note que, no Sistema Internacional de Unidades (SI) o calor é medido em calorias (cal) ou joules (J).
Temperatura
A temperatura, por sua vez, é uma grandeza física a qual designa a energia cinética (movimento ou agitação) das moléculas e o estado térmico de um corpo (quente ou frio).
Quanto mais quente (alta temperatura) se apresenta o corpo, maior será sua energia cinética, ou seja, a agitação moléculas; e, quanto mais frio (baixa temperatura), menor será a agitação molecular.
No Sistema Internacional de Unidades (SI) a temperatura pode ser medida em Celsius (°C), Kelvin (K) ou Fahrenheit (°F).
No Brasil, a escala de temperatura utilizada é Celsius, cujo ponto de fusão da água apresenta o valor 0° e o ponto de ebulição 100°.
Medir a Temperatura
Para medir a temperatura é necessário um aparelho chamado termômetro (feito de mercúrio), cujo valor da pode ser apresentado nas escalas: Celsius (°C), kelvin (K) ou Fahrenheit (°F).
Para tanto, na escala Kelvin o valor do ponto de fusão da água é de 273K (0°C) e o ponto de ebulição de 373K (100°C).
Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão da água é de 32 °F (0 °C) enquanto que o ponto de ebulição da água é de 212 °F (100 °C).
CURIOSIDADE FÍSICA
No Brasil, recordes de temperatura têm sido registrados. Os termômetros chegam a marcar mais de 45º em algumas partes do país. Diante desse fato, as pequenas atitudes do seu cotidiano podem ajudar a enfrentar, com menor dificuldade, esse momento. As recomendações sempre são: tomar muito líquido e usar roupas leves.
Além dessas, a Física pode oferecer outra dica de comportamento: o uso de roupas claras. Mas o que a cor da roupa tem a ver com o calor que sentimos? É simples! O calor é uma forma de energia e cada cor tem a capacidade de absorver uma determinada quantidade de energia.
As cores escuras são as que têm maior capacidade de absorção, portanto, quanto mais próxima a roupa estiver da cor preta, mais calor você sentirá. Já o branco tem a propriedade de refletir a maior quantidade de energia que recebe, assim, ele absorve bem menos calor, sendo assim, quanto mais próxima a roupa que você usar estiver da cor branca, menos calor sentirá.
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