Definimos transferência de calor como a transmissão de um fluxo de energia na forma de calor de um corpo para outro. Existem diferentes mecanismos de transferência de calor, mas em todos eles o calor viaja do corpo quente para o corpo frio de acordo com a segunda lei da termodinâmica.
A transmissão de calor desempenha um papel crucial para o desenvolvimento da vida na Terra. Encontramos muitos exemplos de transferência de calor em nossas vidas diárias. Da mesma forma, também é muito importante em muitos processos industriais.
Mecanismos de transferência de calor
Existem três tipos de transferência de calor: condução, convecção e radiação:
- Transferência por condução : A condução de calor ocorre quando dois objetos em temperaturas diferentes estão em contato direto. O calor passa do objeto quente para o objeto frio através dos pontos de contato.
- Transferência por radiação térmica : Este mecanismo de transmissão de calor ocorre através de ondas eletromagnéticas e pode ser transmitido através do vácuo. A quantidade de calor transferida depende do comprimento de onda. Esta é a forma como a radiação solar viaja pelo Sistema Solar.
- Transmissão de calor por convecção: O processo de convecção é realizado através de um meio intermediário que transporta energia, normalmente líquidos e gases como ar ou água.
Transmissão de condução
A transferência por condução ocorre quando duas substâncias estão em contato direto e há uma diferença de temperatura.
O calor flui de partículas com maior energia cinética (temperatura) para partículas menos ricas em energia (mais frias). O fluxo de calor depende da diferença de temperatura ao longo da distância (gradiente de temperatura) e da resistência interna ao fluxo de calor do material em questão, que é chamada de condutividade térmica ou coeficiente de condutividade térmica. Este princípio é expresso na lei de Fourier.
Exemplo de condução térmica
Um exemplo de transferência de calor por condução é quando tocamos um pedaço de gelo com a mão. O frio que sentimos é porque transferimos calor do nosso corpo para o gelo.
Transmissão de radiação
Transferência de energia térmica por radiação. É a transferência de calor entre dois corpos que não estão em contato um com o outro sem a utilização de um intermediário. Um corpo está quente e, portanto, emite muita radiação eletromagnética e, portanto, perde calor, e o outro corpo absorve parte da radiação recebida e a converte em calor.
Exemplo de transferência de calor por radiação
Um exemplo de transmissão de radiação é a radiação ultravioleta que vem do Sol. A energia solar é transmitida através do espaço através de ondas eletromagnéticas.
Transmissão de convecção
A transferência de calor convectiva é a transferência de calor através do deslocamento de um líquido quente ou de um gás quente, ou de um líquido frio ou de um gás frio. Quando o calor arrasta o fluxo, a extensão do fluxo pode ser expressa pelo coeficiente de transferência de calor.
Existem dois tipos de convecção térmica:
-
A convecção natural ocorre sem qualquer ajuda artificial. O movimento do fluido é produzido por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura.
-
A convecção forçada ocorre quando o movimento do fluido é realizado através de algum mecanismo artificial, como uma bomba d’água.
Exemplo de transferência de calor por convecção
Um exemplo de transferência de calor por convecção é o funcionamento de um ventilador. Quando o ventilador está funcionando, o ar circulante retira o ar quente que está em contato com a pele e o substitui por ar mais frio.
Outro exemplo de convecção ocorre em um banho quente. O aquecedor elétrico aquece a água aumentando sua energia térmica. A água quente percorre os canos até chegar ao chuveiro, cai sobre nós, transmitindo o calor.
Leis relacionadas da física e da termodinâmica
A transferência de calor é governada por várias leis fundamentais da física e da termodinâmica.
Primeiro, destacamos a lei de condução térmica de Fourier que descreve como o calor se espalha através de um material sólido. Quanto maior a diferença de temperatura entre dois pontos, maior será a taxa de transferência de calor.
A convecção, outro mecanismo de transferência de calor, segue as leis da física dos fluidos, onde a densidade e a temperatura do fluido afetam a transferência de calor.
Finalmente, a radiação térmica é regida pela lei de Stefan-Boltzmann, que afirma que a taxa de radiação é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta.
