Trocas de Calor - 7 ano

 Trocas de Calor 

Leia a situação a seguir. 

Antes de sair para um passeio com seus familiares, Fábio encheu uma garrafa com água gelada. Como estava prestando atenção às paisagens durante o passeio, ele se esqueceu de tomar a água.

Quando foi tomar a água da garrafa, percebeu que ela estava à temperatura ambiente. 

1- Explique por que ocorreu variação na temperatura da água que estava dentro da garrafa de Fábio.

Na situação vivenciada por Fábio, ocorreu uma troca de calor entre o ar atmosférico e a água no interior da garrafa, até que as temperaturas de ambos ficassem idênticas.

A transferência de calor entre dois corpos ocorre apenas quando eles têm temperaturas diferentes, pois o calor é transferido de modo espontâneo do corpo de maior temperatura – no caso, o ar atmosférico – para o corpo de menor temperatura – no caso, a água gelada –, até que ambos fiquem com a mesma temperatura. 

Essa situação é chamada equilíbrio térmico. A troca de calor pode ocorrer de três maneiras: por condução, por convecção ou por irradiação térmica. Estudaremos cada uma delas a seguir.

Condução

Por exemplo, quando você segura uma lata de alumínio com a mão, provavelmente você terá a sensação de que esse objeto está com temperatura menor do que a do seu corpo. Essa sensação é resultado da troca de calor entre o objeto e a pele de sua mão. 

 A troca de calor nessa situação acontece por condução, e esse processo ocorre, sobretudo, entre os corpos sólidos.

1- Explique por que nossas mãos ficam aquecidas quando seguramos uma caneca com bebida quente.

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.

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.

Convecção

Observe as imagens a seguir.

Como você deve ter observado nas imagens, em geral, os aquecedores de ar são instalados na parte inferior de um ambiente, já os condicionadores de ar são instalados na parte superior. 

Essa diferença na posição da instalação desses aparelhos está relacionada ao movimento e à temperatura do ar atmosférico nos ambientes em que esses equipamentos são instalados.

Por exemplo, quando o ar atmosférico é aquecido (imagem A), as moléculas que o compõem se movimentam mais rapidamente, afastando-se. Com isso, a massa de ar passa a ocupar um volume maior e torna-se menos densa. 

A menor densidade resulta na subida dessa massa de ar no ambiente, ocupando o lugar da massa de ar que tem a temperatura menor e que, então, move-se para baixo. Quando o ar atmosférico é resfriado pelo condicionador de ar (imagem B), as moléculas que o compõem se movimentam de maneira mais lenta, ficando mais próximas umas das outras. 

Com isso, a massa de ar ocupa um volume menor e torna-se mais densa. A maior densidade resulta na descida dessa massa de ar no ambiente, ocupando o lugar da massa de ar cuja temperatura é mais elevada, que se move, então, para cima. Esse movimento de subida e descida do ar atmosférico, gerado pela diferença de temperatura e densidade, cria as chamadas correntes de convecção.

Assim, tanto o aquecimento quanto o resfriamento do ar atmosférico estão relacionados à propagação de calor por meio da convecção. Esse tipo de propagação de calor ocorre em gases e líquidos e se caracteriza pela movimentação dos átomos e/ou das moléculas que compõem esses fluidos, que estão em diferentes temperaturas.

A propagação de calor por convecção é responsável por diversos fenômenos do cotidiano, como as correntes marítimas e as movimentações de massa de ar quente e frio na atmosfera.

Irradiação

 A propagação de calor também pode ocorrer por meio da irradiação, como é o caso, por exemplo, da transferência de calor da fogueira para a carne durante o churrasco de chão. 

Para entender melhor como ocorre esse tipo de propagação de calor, consideraremos que todo corpo que tem temperatura acima do zero absoluto (0 K - zero Kelvin) emite energia na forma de ondas eletromagnéticas. 

Nas faixas de temperatura comuns no cotidiano, os corpos emitem, sobretudo, radiação infravermelha e, quanto maior a temperatura do corpo, maior é a intensidade dela. 

A radiação infravermelha emitida por um corpo, por exemplo, a fogueira, pode atingir outro corpo – no caso, a carne – e provocar seu aquecimento. 

Esse processo de transferência de calor é chamado irradiação. Como a propagação de calor por irradiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, não é necessário qualquer meio material para que essa propagação aconteça. Assim, a irradiação de calor também ocorre no vácuo. É dessa maneira que a radiação solar chega à Terra.

👉Trocas de calor e objetos do dia a dia 

Conhecendo como ocorrem as trocas de calor entre os corpos, o ser humano produziu objetos que diminuem essas trocas com o ambiente, conservando a temperatura de seu interior. Um exemplo é a garrafa térmica.

Pesquise como a garrafa térmica conserva a temperatura em seu interior.