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14.4: Métodos de transferência de calor

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    Objetivos de

    Ao final desta seção, você poderá:

    • Discuta os diferentes métodos de transferência de calor.

    Tão interessantes quanto os efeitos da transferência de calor em um sistema são os métodos pelos quais isso ocorre. Sempre que há uma diferença de temperatura, ocorre a transferência de calor. A transferência de calor pode ocorrer rapidamente, como por meio de uma panela, ou lentamente, como pelas paredes de uma caixa de gelo para piquenique. Podemos controlar as taxas de transferência de calor escolhendo materiais (como roupas grossas de lã para o inverno), controlando o movimento do ar (como o uso de manchas climáticas ao redor das portas) ou escolhendo a cor (como um teto branco para refletir a luz do sol do verão). Muitos processos envolvem transferência de calor, de modo que é difícil imaginar uma situação em que nenhuma transferência de calor ocorra. No entanto, todo processo envolvendo transferência de calor ocorre por apenas três métodos:

    1. A condução é a transferência de calor através de matéria estacionária por contato físico. (A matéria é estacionária em uma escala macroscópica — sabemos que há movimento térmico dos átomos e moléculas a qualquer temperatura acima do zero absoluto.) O calor transferido entre o queimador elétrico de um fogão e o fundo de uma panela é transferido por condução.
    2. A convecção é a transferência de calor pelo movimento macroscópico de um fluido. Esse tipo de transferência ocorre em um forno de ar forçado e em sistemas climáticos, por exemplo.
    3. A transferência de calor por radiação ocorre quando microondas, radiação infravermelha, luz visível ou outra forma de radiação eletromagnética é emitida ou absorvida. Um exemplo óbvio é o aquecimento da Terra pelo Sol. Um exemplo menos óbvio é a radiação térmica do corpo humano.
    A figura mostra uma lareira em uma sala. A lareira está no lado inferior esquerdo da figura. Há uma janela no lado direito da sala. Da janela, o ar frio entra na sala e segue algumas setas azuis curvas rotuladas como convecção até a lareira. O ar aquecido pelo fogo sobe pela chaminé seguindo algumas setas vermelhas curvas, que também são rotuladas como convecção. Linhas onduladas amarelas emanam das chamas do fogo para a sala e são rotuladas como radiação. Finalmente, uma linha curva preta chamada condução sai de baixo dos troncos do fogo e aponta para o chão embaixo da sala.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Em uma lareira, a transferência de calor ocorre por todos os três métodos: condução, convecção e radiação. A radiação é responsável pela maior parte do calor transferido para a sala. A transferência de calor também ocorre por meio da condução para a sala, mas a uma taxa muito mais lenta. A transferência de calor por convecção também ocorre através da entrada de ar frio na sala ao redor das janelas e do ar quente saindo da sala subindo pela chaminé.

    Examinamos esses métodos com alguns detalhes nos três módulos a seguir. Cada método tem características únicas e interessantes, mas todos os três têm uma coisa em comum: eles transferem calor apenas por causa de uma diferença de temperatura Figura\(\PageIndex{1}\).

    Exercício\(\PageIndex{1}\)

    Cite um exemplo da vida diária (diferente do texto) para cada mecanismo de transferência de calor.

    Resposta
    • Condução: O calor é transferido para as mãos enquanto você segura uma xícara de café quente.
    • Convecção: o calor é transferido à medida que o barista “vaporiza” o leite frio para fazer chocolate quente.
    • Radiação: reaquecer uma xícara de café gelada em um forno de microondas.

    Resumo

    • O calor é transferido por três métodos diferentes: condução, convecção e radiação.

    Glossário

    condução
    transferência de calor através de matéria estacionária por contato físico
    convecção
    transferência de calor pelo movimento macroscópico do fluido
    radiação
    transferência de calor que ocorre quando microondas, radiação infravermelha, luz visível ou outra radiação eletromagnética é emitida ou absorvida