Transmissão de calor: o que é condução, convecção e irradiação

A capacidade de entender como o calor se transfere entre sistemas é fundamental para diversas áreas do conhecimento, da Engenharia até a Biologia. Além disso, o tema está presente no cotidiano das pessoas, seja ao cozinhar, realizar a climatização de ambientes ou ligar o carro. Não à toa, transmissão ou propagação de calor é o assunto é top 2 do Exame Nacional do Ensino Médio (Enem).

Portanto, dominar os conceitos de condução, convecção e irradiação térmica é essencial para entendermos o mundo ao nosso redor. E, claro, para tirar aquele notão no Enem!

O que é transmissão ou propagação de calor?

Transmissão ou propagação de calor são trocas de calor que ocorrem quando há uma diferença de temperatura entre dois corpos, havendo contato direto ou indireto entre eles. Essa transferência pode ocorrer de três formas, que são condução, convecção e irradiação. Então vamos entender cada uma delas?

Propagação de calor: condução

A condução térmica é um dos principais processos de transferência de calor. Ela ocorre quando há contato físico entre dois corpos em diferentes temperaturas. Durante esse processo, a energia térmica flui dos pontos mais quentes para os mais frios, em busca do equilíbrio térmico. 

Por exemplo, ao aquecer a ponta de uma barra de ferro, conforme mostra a figura abaixo, a condução térmica é responsável por transferir o calor do fogo para o restante da barra. 

Inicialmente, a ponta da barra em contato com o fogo começa a aquecer, aumentando sua temperatura. Isso faz com que os átomos do ferro da ponta se agitem mais intensamente e aumentem a energia térmica naquela região, que é transferida para os átomos mais próximos por meio das vibrações, gerando uma corrente de calor que se propaga ao longo da barra.

Essa corrente denominada fluxo de calor é direcionada do ponto mais quente (ponta em contato com o fogo) para o ponto mais frio (região mais afastada da ponta). O processo se repete continuamente, até que toda a barra esteja aquecida em equilíbrio térmico com a ponta em contato com o fogo.

O fenômeno da condução térmica é observado em materiais como metais, vidros e plásticos, e pode ser utilizado nos sistemas de isolamento térmico, na fabricação de equipamentos eletrônicos etc.

Propagação de calor: convecção

A convecção térmica é um processo de propagação de calor que ocorre por meio do movimento de um fluido, como gases ou líquidos. Esse fenômeno pode ser observado de maneira fascinante em objetos como a lava lamp (sempre presente nos cenários dos melhores filmes!), em que a transmissão de calor é responsável pelo movimento das "bolhas" no líquido. 

No interior da lâmpada, há uma mistura de cera e um líquido que conduz eletricidade. Quando a lâmpada é ligada, ela aquece a base e a cera derrete, tornando-se menos densa que o líquido. A cera derretida chega ao topo da lâmpada, resfria (por não haver lâmpada no topo) e começa a descer novamente.

Esse movimento de subida e descida das bolhas de cera é um exemplo de convecção térmica, em que a transferência de calor ocorre pela diferença de densidade dos fluidos. O resultado é uma dança hipnotizante de bolhas coloridas que se movimentam pela lâmpada, proporcionando um verdadeiro espetáculo visual.

Outro equipamento muito comum e que funciona por convecção térmica é o ar-condicionado. Quando o aparelho resfria o ar de uma sala, este se torna mais denso e desce, enquanto o ar quente, menos denso, sobe. Esse movimento natural de subida e descida é conhecido como convecção natural e é responsável por manter a circulação do ar no ambiente, garantindo uma temperatura uniforme e agradável.

Propagação de calor: irradiação

A irradiação é um dos tipos de transmissão de calor que acontece por meio da propagação de ondas eletromagnéticas no espaço vazio, sem a necessidade de um meio material para se propagar. Diferentemente da condução e da convecção, que dependem da presença de um material para ocorrer, a irradiação pode acontecer no vácuo e até mesmo no ar. 

Essa forma de propagação de calor é comum em tecnologias que utilizam ondas eletromagnéticas, como o micro-ondas e a lâmpada incandescente; além disso, está presente na natureza, como na forma de luz solar e das estrelas. 

As fogueiras são exemplo prático de irradiação térmica.

A irradiação acontece porque a chama da fogueira emite ondas eletromagnéticas infravermelhas que se propagam pelo ar e aquecem o que estiver em seu caminho - como as pessoas ao redor e os alimentos sendo preparados.

Propagação de calor no vestibular

Separamos dois exercícios que caíram no Enem para você colocar em prática o que aprendeu sobre condução, convecção e irradiação, ok?

Exemplo 1

(Enem 2021) Na cidade de São Paulo, as ilhas de calor são responsáveis pela alteração da direção do fluxo da brisa marítima que deveria atingir a região de mananciais. Mas, ao cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que transfere para ela energia térmica absorvida das superfícies quentes da cidade, deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no centro da cidade, em vez de na região de mananciais. A imagem apresenta os três subsistemas que trocam energia nesse fenômeno.

No processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo, há dois mecanismos dominantes de transferência de calor: entre o Sol e a ilha de calor, e entre a ilha de calor e a brisa marítima.

VIVEIROS. M. Ilhas de calor afastam chuvas de represas. Disponível em: www2.feis.unesp.br. Acesso em: 3 dez. 2019 (adaptado).

Esses mecanismos são, respectivamente,

a) irradiação e convecção.

b) convecção e irradiação.

c) condução e irradiação.

d) irradiação e irradiação.

e) convecção e convecção.

Resposta: [A]
O processo de transferência de calor entre o Sol e a ilha de calor é a irradiação, capaz de atravessar o vácuo existente entre ambos. Assim, entre a ilha de calor e a brisa marítima, o processo de transferência que predomina é a convecção das massas de ar, que sobem quando aquecidas. 

Exemplo 2

(Enem 2017) É muito comum encostarmos a mão na maçaneta de uma porta e termos a sensação de que ela está mais fria que o ambiente. Um fato semelhante pode ser observado se colocarmos uma faca metálica com cabo de madeira dentro de um refrigerador. Após longo tempo, ao encostarmos uma das mãos na parte metálica e a outra na parte de madeira, sentimos a parte metálica mais fria.

Fisicamente, a sensação térmica mencionada é explicada da seguinte forma:

a) A madeira é um bom fornecedor de calor e o metal, um bom absorvedor.

b) O metal retém mais frio que a madeira.

c) O metal absorve mais temperatura que a madeira.

d) A madeira retém mais calor que o metal.

e) O fluxo de calor é maior no metal que na madeira.

Resposta: [C]
O metal possui uma maior condutividade térmica em relação à madeira. Sendo assim, a estrutura metálica tende a absorver o calor da mão da pessoa que a toca rapidamente, de forma com que o fluxo de calor em direção a madeira seja menor do que aquele ocorrido em direção ao metal.

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