A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre através do movimento de um fluido, como ar ou água, devido às diferenças de temperatura. Durante a convecção, as partículas de fluido mais quentes se tornam menos densas e sobem, enquanto as mais frias descem, criando correntes de convecção.
Este fenômeno pode ser observado em vários contextos, como na atmosfera terrestre, onde o ar quente sobe e o ar frio desce, resultando na formação de ventos e correntes atmosféricas. Na hidrosfera, a convecção ocorre nos oceanos, onde a água quente sobe e a fria desce, influenciando o clima e o movimento das correntes oceânicas.
Além disso, a convecção é amplamente utilizada em aplicações práticas, como em sistemas de aquecimento e refrigeração, onde fluidos são aquecidos ou resfriados e depois circulam para transferir calor para ambientes ou equipamentos. Outro exemplo são os fornos e fogões, onde o ar quente se desloca e cozinha os alimentos de maneira uniforme.
Entenda o conceito de convecção e veja exemplos práticos desse fenômeno.
A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre através do movimento de um fluido, seja líquido ou gasoso. Esse fenômeno se dá devido à diferença de temperatura no fluido, que faz com que as partes mais quentes se tornem menos densas e subam, enquanto as partes mais frias se tornam mais densas e descem.
Um exemplo prático de convecção é o aquecimento de uma panela de água. Quando a panela é colocada sobre o fogo, o calor do fogo aquece a base da panela, fazendo com que a água próxima a ela se aqueça e se expanda. Essa água quente, menos densa, sobe para a superfície, enquanto a água mais fria e densa desce para ocupar seu lugar, criando assim um movimento de convecção.
Outro exemplo comum de convecção é a formação de nuvens. Quando o sol aquece o ar próximo à superfície da Terra, esse ar se torna mais quente e menos denso, subindo e formando correntes de convecção que podem originar nuvens e fenômenos meteorológicos.
A convecção tem diversas aplicações práticas em nosso dia a dia, como nos sistemas de aquecimento e refrigeração de ambientes, nos processos industriais de transferência de calor e até mesmo na climatização de veículos. Compreender esse fenômeno é essencial para otimizar esses processos e garantir um melhor aproveitamento de energia.
Aplicações práticas da convecção: onde e como é utilizada essa forma de transferência de calor.
A convecção é uma forma importante de transferência de calor que pode ser observada em diversos contextos do dia a dia. Uma das aplicações práticas mais comuns da convecção é na indústria de aquecimento e ar condicionado. Por exemplo, em um sistema de aquecimento central, o ar quente sobe naturalmente devido à convecção, aquecendo os ambientes de forma eficiente. Da mesma forma, em um sistema de ar condicionado, o ar frio desce e o ar quente sobe, promovendo a circulação do ar e mantendo a temperatura ambiente agradável.
Outra aplicação da convecção é na culinária. Ao cozinhar alimentos em uma panela no fogão, o calor é transferido para o alimento através da convecção. O líquido quente na base da panela aquece o ar ao redor, fazendo com que ele se mova e transfira o calor para os alimentos. Isso ajuda a cozinhar de forma mais uniforme e rápida.
Além disso, a convecção também é utilizada em processos industriais, como em fornos e estufas. Nestes casos, o ar quente circula naturalmente, aquecendo os materiais de forma homogênea e eficiente. Isso é essencial para garantir a qualidade e a produtividade dos processos de fabricação.
Seu funcionamento baseado na circulação de fluidos, como ar ou líquidos, permite o aquecimento e resfriamento de ambientes e materiais de forma eficiente e uniforme.
Aplicação da convecção em diferentes dispositivos e equipamentos domésticos.
A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre através do movimento de um fluido, seja ele líquido ou gasoso. Este fenômeno é amplamente utilizado em diversos dispositivos e equipamentos domésticos para garantir o seu funcionamento eficiente.
Um exemplo clássico da aplicação da convecção é o funcionamento de um forno. Quando ligamos um forno, o ar quente é gerado em seu interior e sobe devido à sua menor densidade, enquanto o ar frio desce para ocupar o seu lugar. Este movimento de ar quente e frio cria um ciclo de convecção que garante o cozimento uniforme dos alimentos.
Outro exemplo de aplicação da convecção é o funcionamento de um aquecedor. O aquecedor aquece o ar ao seu redor, fazendo com que ele se expanda e suba, enquanto o ar frio desce para ocupar o seu lugar. Este processo de convecção garante a distribuição do calor pelo ambiente de forma eficiente.
Além disso, a convecção também é utilizada em aparelhos de ar condicionado. O ar condicionado retira o calor do ambiente e o transfere para o ar refrigerado, que então é distribuído pelo ambiente através de um sistema de convecção. Este processo garante a manutenção de uma temperatura agradável no interior dos ambientes.
Seja em fornos, aquecedores ou ar condicionado, a convecção desempenha um papel essencial no nosso dia a dia.
O que é condução e um exemplo prático de sua aplicação no cotidiano.
Condução é uma forma de transferência de calor que ocorre quando dois corpos estão em contato direto, de modo que a energia térmica passa de um corpo mais quente para um corpo mais frio. Esse processo ocorre através das vibrações das moléculas dos corpos, que se propagam de uma partícula para outra.
Um exemplo prático de condução no cotidiano é quando colocamos uma panela no fogão quente. A parte da panela que está em contato direto com a chama do fogão recebe calor por condução, fazendo com que a temperatura se eleve e aqueça o alimento dentro dela. Outro exemplo é quando seguramos uma barra de metal em uma extremidade e a outra extremidade começa a esquentar devido à condução do calor ao longo da barra.
Convecção: características, exemplos, aplicações
Convecção é um processo de transferência de calor que ocorre através do movimento de um fluido, seja ele líquido ou gasoso. Esse movimento ocorre devido às diferenças de temperatura no fluido, onde as regiões mais quentes se tornam menos densas e sobem, enquanto as regiões mais frias se tornam mais densas e descem.
Um exemplo de convecção é o aquecimento da água em uma panela. Quando a água é aquecida, as moléculas próximas ao fundo da panela se tornam mais quentes e menos densas, subindo para a superfície. Ao chegar à superfície, as moléculas liberam calor para o ambiente, esfriam e descem novamente, formando um ciclo de convecção que aquece toda a água.
A convecção é amplamente utilizada em aparelhos de ar condicionado, onde o ar é aquecido ou resfriado em um trocador de calor e depois circulado por meio de um ventilador para distribuir a temperatura de forma uniforme em um ambiente.
Convecção: características, exemplos, aplicações
A convecção é um dos três mecanismos que transferem o calor de uma zona para outra mais quente e fria. Isso ocorre devido ao movimento da massa de um fluido, que pode ser um líquido ou um gás. Em qualquer caso, sempre é necessário um meio material para que esse mecanismo ocorra.
Quanto mais rápido o movimento do fluido em questão, mais rápida é a transferência de energia térmica entre zonas de diferentes temperaturas. Isso acontece continuamente com as massas de ar atmosféricas: a flutuabilidade garante que as mais quentes e menos densas subam, enquanto as mais frias e densas descem.
Um exemplo disso é a sala fechada da imagem, que é atualizada imediatamente assim que as portas ou janelas são abertas, pois o ar quente do interior escapa até pelas fendas, dando lugar ao ar fresco do lado de fora que é mais baixa.
Tipos de convecção
Convecção natural e forçada
A convecção pode ser natural ou forçada. No primeiro caso, o fluido se move por si só, como quando abre a porta da sala, enquanto no segundo é forçado por um ventilador ou uma bomba, por exemplo.
Difusão e advecção
Também pode haver duas variantes: difusão e advecção . Na difusão, as moléculas de fluido se movem mais ou menos aleatoriamente e a transmissão de calor é lenta.
Por outro lado, a advecção move uma boa quantidade de massa de fluido, o que pode ser alcançado forçando a convecção com um ventilador, por exemplo. Mas a vantagem da advecção é que ela é muito mais rápida que a difusão.
¿ Como o calor é transferido por convecção?
Um modelo matemático simples de transferência de calor por convecção é a lei do resfriamento de Newton. Considere uma superfície quente da área A, cercada por ar mais frio, de modo que a diferença de temperatura seja pequena.
Vamos chamar o calor transferido Q e o tempo t. A taxa na qual o calor é transferido é dQ / dt ou derivada da função Q (t) em relação ao tempo.
Como o calor é energia térmica, suas unidades no Sistema Internacional são joules (J), portanto, a taxa de transferência ocorre em joules / segundo, que são watts ou watts (W).
Essa taxa é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o objeto quente e o meio, denotado como ΔT e também à área de superfície A do objeto:
ΔT = Temperatura na superfície do objeto – Temperatura longe do objeto
A constante de proporcionalidade é chamada h , que é o coeficiente de transferência de calor por convecção e é determinada experimentalmente. Suas unidades no Sistema Internacional (SI) são W / m 2 . K, mas é comum encontrá-lo em graus Celsius ou centígrado.
É importante observar que esse coeficiente não é uma propriedade do fluido, pois depende de várias variáveis, como a geometria da superfície, a velocidade do fluido e outras características.
Combinando tudo isso, a lei de Newton de resfriamento matematicamente assume esta forma:
dQ / dt = hA ΔT
Aplicação da lei de Newton de resfriamento
Uma pessoa fica no meio de uma sala a 20 ° C, através da qual sopra uma brisa leve. Qual é a taxa de calor que a pessoa transmite ao meio ambiente por convecção? Suponha que a área de superfície exposta seja de 1,6 m 2 e a temperatura da superfície da pele seja de 29 ºC.
Fato : o coeficiente de transferência de calor por convecção neste caso é de 6 W / m 2 . ºC
Solução
A pessoa pode transmitir calor ao ar ao seu redor, pois está em movimento quando a brisa sopra. Para encontrar a taxa de transferência dQ / dt, basta substituir os valores na equação de Newton por resfriamento:
dQ / dt = 6 W / m 2 . ºC x 1,6 m 2 x (29 ºC – 20 ºC) = 86,4 W.
Exemplos de convecção
Aqueça suas mãos em uma fogueira
É comum aquecer as mãos, aproximando-as de uma fogueira ou torradeira quente, pois o ar ao redor da fonte de calor aquece e se expande, subindo, pois é menos denso. À medida que você circula, esse ar quente envolve e aquece suas mãos.
Fluxo de ar na costa
No litoral, o mar é mais frio que a terra; portanto, o ar que está acima da terra se aquece e sobe, enquanto o mais frio chega e se instala no espaço deixado por esse outro ao subir.
Isso é chamado de célula de convecção e é a razão pela qual você se sente mais frio quando olha para o mar e a brisa sopra contra o seu rosto em um dia quente. À noite ocorre o contrário, a brisa fresca vem da terra.
O ciclo da Agua
A convecção natural ocorre no ar nas costas do oceano, através do ciclo hidrológico, no qual a água aquece e evapora graças à radiação solar. O vapor de água assim formado sobe, esfria e condensa em nuvens, cujas massas sobem e sobem por convecção.
À medida que o tamanho das gotas de água aumenta, chega um momento em que a água precipita na forma de chuva, sólida ou líquida, dependendo da temperatura.
Ferva a água em uma tigela
Quando a água é colocada na chaleira ou na panela, as camadas mais próximas ao fundo são aquecidas primeiro, pois a chama ou o calor do queimador é o mais próximo. Então a água se expande e sua densidade diminui; portanto, aumenta e a água mais fria toma seu lugar no fundo do recipiente.
Desta forma, todas as camadas circulam rapidamente e todo o corpo de água é aquecido. Este é um bom exemplo de advecção.
Geração eólica
A convecção nas massas de ar, juntamente com o movimento de rotação da Terra, produz ventos, uma vez que o ar frio se move e circula sob o ar quente, criando várias correntes chamadas correntes de convecção.
correntes oceânicas
A água se comporta da mesma maneira que o ar na atmosfera. As águas mais quentes estão quase sempre próximas da superfície, enquanto as águas mais frias são mais profundas.
Efeito dínamo
Ocorre no núcleo derretido do interior do planeta, onde se combina com o movimento rotacional da Terra, gerando correntes elétricas que dão origem ao campo magnético da Terra.
Transmissão de energia dentro das estrelas
Estrelas como o Sol são enormes esferas de gás. A convecção é um mecanismo eficiente para transportar energia para lá, pois as moléculas de gás têm liberdade suficiente para se mover entre as áreas dentro das estrelas.
Aplicações de convecção
ar condicionado
O ar condicionado é colocado próximo ao teto das salas, de modo que o ar resfriado, mais denso, desça e esfrie mais rapidamente perto do chão.
Trocadores de calor
É um dispositivo que permite a transmissão de calor de um fluido para outro e é o princípio de operação de condicionadores de ar e mecanismos de refrigeração do motor de automóvel, por exemplo.
Isolamento térmico em edifícios
Eles são feitos combinando folhas de material isolante e adicionando bolhas de ar no interior.
Torres de refrigeração
Também chamadas de torres de resfriamento, servem para descartar o calor produzido pelas usinas nucleares, refinarias de petróleo e outras instalações industriais no ar, em vez de aterrar ou regar.
Referências
- Giambattista, A. 2010. Física. 2nd. Ed. McGraw Hill.
- Gómez, E. Condução, convecção e radiação. Recuperado de: eltamiz.com.
- Natahenao. Aplicações de calor. Recuperado de: natahenao.wordpress.com.
- Serway, R. Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. 7th. Ed. Cengage Learning.
- Wikipedia. Convecção. Recuperado de: en.wikipedia.org.
- Wikipedia. Térmica de convecção. Recuperado de: fr.wikipedia.org.