Como ocorre o aquecimento das massas de ar com a utilização de um aquecedor?
Soluções para a tarefa
Enquanto a Calorimetria estuda quantitativamente a troca de calor entre corpos de diferentes temperaturas, a Transmissão de Calor estuda o fluxo de energia através dos corpos em função do tempo. Existem 3 maneiras de estudar essas transmissões.
1. Transmissão por Condução
Ao se aquecer, por exemplo, a extremidade A de uma barra metálica enquanto a outra extremidade, B, é mantida a uma temperatura menor, existe uma transmissão desse calor da extremidade A (de maior temperatura) em direção à extremidade B (de menor temperatura). Esse fluxo de energia que ocorre em um meio material é denominado condução.
A equação que estuda tal fenômeno é:
Existem bons condutores de fluxo de calor, como os metais; há também maus condutores, ou isolantes, que dificultam esse fluxo. Em termos dos estados físicos, de maneira geral os sólidos são melhores condutores que os líquidos que, por sua vez, são melhores condutores que os materiais gasosos.
2. Transmissão por Convecção
No caso dos meios materiais fluídos (líquidos e gases), existe a transmissão de calor por convecção:
O aquecimento (ou resfriamento) de qualquer parte do fluído causa uma diminuição (ou aumento) localizada da sua densidade. Devido à mobilidade das moléculas nesses meios, esta variação de densidade faz com que ela se movimente dentro do sistema. No caso de ser aquecida a molécula fica “mais leve” e sobe; o inverso ocorre no caso de ser resfriada. Se uma parte do fluído sobe, outra parte terá de descer, provocando correntes que o “misturam” o fluído, aumentando a transferência e a distribuição da temperatura. Estas correntes são chamadas de correntes de convecção.
Observações:
a. No caso da água no estado líquido, se acionarmos uma chama de maçarico sobre a sua superfície, não haverá correntes de convecção, pois a tendência é que da água aquecida é buscar a superfície, permanecendo portanto onde já está.
b. A razão para que os aparelhos de ar condicionado sejam instalados na parte superior do cômodo são as correntes de convecção. O resfriamento da camada superior de ar provoca a sua descida provocando as correntes de convecção.
3. Transmissão por irradiação
Enquanto os 2 modos de transmissão anteriores necessitam de matéria, a transmissão de calor por irradiação pode se propagar no vácuo, ou seja, na ausência de matéria. A transmissão por irradiação transporta a energia térmica por ondas eletromagnéticas, principalmente na região do infravermelho. Ondas eletromagnéticas infravermelhas são ondas de luz que não são visíveis a olho nu.
Todos os corpos com temperatura de zero absoluto (0 K) não irradiam calor. Todos os outros corpos irradiam. Por exemplo, o calor do Sol é irradiado pelo espaço (vácuo – sem matéria) e chega a Terra sendo uma das mais importantes fontes de calor.
Quando um corpo é atingido por uma irradiação de calor, 3 fenômenos ocorrem: uma parte absorvida, uma parte é refletida e uma outra parte é transmitida através do corpo.
O calor irradiado refletido depende principalmente da cor do corpo que o recebe. O calor recebido (não refletido) será tanto maior quando a cor do corpo se aproximar da cor preta e será tanto menor quando o corpo se aproxima do espelho ideal.
4. Estufa
Uma técnica de utilização de vários modos de transmissão de calor aplicada na agricultura é a da estufa. Basicamente trata-se de um edifício bastante envidraçado e fechado para o cultivo de, por exemplo, flores.
Do ponto de vista da transmissão de calor, funciona para aumentar a temperatura no interior da estufa.
O calor dos raios de Sol atravessa as paredes e o teto envidraçados e aquece todo o interior do ambiente de cultivo. Esse aquecimento é mantido no interior pelo fechamento do recinto, que não deixa a energia térmica escapar. Correntes de convecção são responsáveis pela melhor distribuição da temperatura.
Nota: um fenômeno que atualmente ocorre na Terra é o efeito estufa, alvo de intensos estudos, mas ainda sem conclusões definitivas. A emissão constante de gases poluentes, como o dióxido e o monóxido de carbono, o metano, entre outros, forma uma camada a grandes altitudes; esta camada impede a perda de calor para o espaço exterior, provocando, teoricamente, um aquecimento do planeta como um todo. Esse aquecimento provocaria sérios problemas, como o derretimento das calotas polares, aquecimento dos oceanos, dando origem a mudanças climáticas importantes em todo o planeta.
Exercícios
1. (Enem-MEC) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar.
No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar).