Condução, convecção e irradiação
Você já esqueceu uma colher de metal dentro da panela quente e se assustou ao pegá-la? E por que sentimos o calor da fogueira de festa junina mesmo de longe, sem tocar nela? O calor sempre vai de um lugar mais quente para um mais frio, mas pode fazer esse caminho de três jeitos diferentes. Nesta página você vai descobrir quais são eles e usá-los para explicar objetos do dia a dia, como a garrafa térmica e o aquecedor solar.
Condução: o calor passando de partícula em partícula
Ana colocou uma panela de metal no fogo. Depois de algum tempo, o cabo ficou quente, embora a chama não encostasse nele. O calor "caminhou" pelo metal, do fundo da panela até o cabo.
Isso é a condução. Toda matéria é formada por partículas minúsculas que estão sempre se agitando. Na parte aquecida, elas se agitam mais e, ao esbarrar nas vizinhas, passam a agitação adiante. A energia vai de partícula em partícula, sem que o material em si se desloque.
Nem todo material conduz o calor igualmente bem:
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Bons condutores térmicos: conduzem o calor com facilidade. São os metais, como cobre, alumínio e ferro.
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Isolantes térmicos: conduzem mal o calor. São madeira, isopor, lã, plástico, borracha e o ar parado.
Por isso as panelas têm fundo de metal (esquenta rápido) e cabo de madeira ou plástico (não queima a mão). A lã e o isopor guardam muito ar parado, e por isso são ótimos isolantes.
Em uma cozinha, Ana percebeu que o cabo de uma panela de metal ficou muito quente depois de algum tempo no fogo, mesmo sem encostar na chama. Qual é o nome da forma de…
Em uma cozinha, Ana percebeu que o cabo de uma panela de metal ficou muito quente depois de algum tempo no fogo, mesmo sem encostar na chama. Qual é o nome da forma de propagação do calor que ocorre ao longo do metal, de uma parte da panela para outra? Explique em uma ou duas frases como ela acontece.
Observe os materiais a seguir: cobre, madeira, alumínio, isopor, vidro e lã. Separe-os em dois grupos, o dos bons condutores térmicos e o dos isolantes térmicos, e…
Observe os materiais a seguir: cobre, madeira, alumínio, isopor, vidro e lã. Separe-os em dois grupos, o dos bons condutores térmicos e o dos isolantes térmicos, e escreva o nome de cada grupo ao lado dos materiais que o formam.
Convecção: o calor carregado pelo fluido
Lucas pôs água para esquentar no fogão. A água do fundo, aquecida pela chama, sobe; a água fria da superfície desce. Esse vaivém é a convecção.
A explicação está na densidade. Ao ser aquecida, a água se expande: o mesmo volume passa a ter menos massa, ou seja, fica menos densa. A porção quente, mais leve, sobe. A porção fria, mais densa, desce e ocupa o lugar dela, sendo aquecida por sua vez. Forma-se uma corrente de convecção, e o calor é transportado junto com o próprio fluido em movimento.
A convecção só acontece em líquidos e gases (fluidos), porque neles as partes podem se mover. Ela explica por que o ar quente sobe sobre uma fogueira, por que o ar-condicionado é instalado no alto da parede e por que o congelador fica na parte de cima da geladeira: o ar frio desce e resfria os alimentos abaixo.
Lucas colocou uma panela com água para esquentar em um fogão. Ele percebeu que a água do fundo, aquecida pela chama, sobe, enquanto a água da superfície, mais fria,…
Lucas colocou uma panela com água para esquentar em um fogão. Ele percebeu que a água do fundo, aquecida pela chama, sobe, enquanto a água da superfície, mais fria, desce. Explique esse movimento usando a ideia de variação da densidade da água com o aquecimento e diga qual forma de propagação do calor está envolvida.
Irradiação: o calor que atravessa o vazio
Entre o Sol e a Terra existe um enorme espaço vazio, sem ar e sem material algum. Mesmo assim, o calor do Sol chega aqui. Não pode ser condução nem convecção, que precisam de matéria. É a irradiação: a energia viaja na forma de ondas eletromagnéticas (como a luz e o infravermelho), que não precisam de meio material.
Você sente a irradiação ao ficar perto de uma fogueira ou de um churrasco: o calor chega ao seu rosto, mesmo com o ar passando de lado.
Quando a irradiação atinge um corpo, ela pode ser absorvida, refletida ou atravessá-lo:
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Superfícies escuras e foscas absorvem mais e esquentam mais.
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Superfícies claras e brilhantes refletem mais e esquentam menos.
Por isso, num dia de sol, uma camiseta preta esquenta mais que uma branca, e os telhados claros deixam a casa mais fresca.
| Forma | Precisa de matéria? | Onde ocorre | Exemplo |
|---|---|---|---|
| Condução | Sim | Principalmente sólidos | Cabo da panela esquentando |
| Convecção | Sim, com movimento | Líquidos e gases | Água fervendo, ar sobre a fogueira |
| Irradiação | Não | Também no vácuo | Calor do Sol |
O calor do Sol chega à Terra atravessando o espaço, onde não existe ar nem outro material. Qual forma de propagação do calor explica esse fato? Diga também por que a…
O calor do Sol chega à Terra atravessando o espaço, onde não existe ar nem outro material. Qual forma de propagação do calor explica esse fato? Diga também por que a condução e a convecção não podem explicar a chegada dessa energia até o nosso planeta.
Por que o metal parece mais frio?
Em um dia frio em Curitiba, Júlia tocou uma maçaneta de metal e uma porta de madeira, ambas no mesmo ambiente. O metal pareceu muito mais frio. Mas, depois de muito tempo no mesmo ambiente, as duas peças estão na mesma temperatura.
A sensação vem da rapidez com que a sua mão perde calor. O metal, bom condutor, retira calor da mão depressa e o espalha por toda a peça. A mão esfria rápido e o cérebro interpreta "isto é muito frio". A madeira, isolante, retira calor devagar, e a pele fica quase na mesma temperatura.
Nosso corpo não é um termômetro: ele sente a taxa de troca de calor, não a temperatura em si.
Em um dia frio em Curitiba, Júlia tocou com a mão em uma maçaneta de metal e em uma porta de madeira, ambas no mesmo ambiente e na mesma temperatura. O metal pareceu…
Em um dia frio em Curitiba, Júlia tocou com a mão em uma maçaneta de metal e em uma porta de madeira, ambas no mesmo ambiente e na mesma temperatura. O metal pareceu muito mais frio que a madeira. Explique por que isso acontece, relacionando o fato à condução do calor, e diga se as duas peças estão mesmo em temperaturas diferentes.
Isolar e aquecer: casa, garrafa térmica e coletor solar
Agora vamos juntar as três formas de propagação para explicar objetos reais. A estratégia é sempre a mesma: dificultar o caminho do calor (para isolar) ou facilitar (para aquecer).
Casa fresca no calor
Em Fortaleza, o telhado recebe muita irradiação do Sol. Duas ideias ajudam:
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Pintar o telhado de branco: a cor clara reflete boa parte da irradiação, e o telhado absorve menos energia.
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Manta isolante sob as telhas: o isolante conduz mal, e dificulta a condução do calor do telhado quente para dentro dos cômodos.
Garrafa térmica
A garrafa térmica mantém o café quente por horas porque bloqueia as três formas de propagação:
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Vácuo entre as paredes duplas de vidro: sem matéria, não há condução nem convecção por ali.
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Superfícies espelhadas: refletem a irradiação de volta, para dentro (se o líquido está quente) ou para fora (se está gelado).
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Tampa de plástico e rolha: são isolantes e impedem a condução e a saída de ar quente por convecção, mantendo o ar fechado dentro da garrafa.
Como ela só dificulta a troca de calor entre o interior e o ambiente, também mantém o suco gelado: impede o calor do ambiente de entrar e esquentar a bebida.
Coletor solar
O aquecedor solar usa o que estudamos de modo favorável ao aquecimento:
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Placas escuras: absorvem muito bem a irradiação do Sol.
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Cobertura de vidro: deixa a luz entrar e retém o calor dentro (reduz a perda para o ar).
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Tubos de cobre: o cobre é ótimo condutor e passa o calor das placas para a água depressa.
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Reservatório mais alto que as placas: a água quente, menos densa, sobe por convecção até o reservatório, e a água fria desce para as placas. A circulação ocorre sem bomba.
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Reservatório com isolamento térmico: conserva a água quente para o banho, mesmo à noite.
Em uma casa em Fortaleza, o morador quer reduzir o calor dentro dos cômodos. Ele pensa em pintar o telhado de branco e em instalar uma manta isolante sob as telhas.…
Em uma casa em Fortaleza, o morador quer reduzir o calor dentro dos cômodos. Ele pensa em pintar o telhado de branco e em instalar uma manta isolante sob as telhas. Explique como cada uma dessas medidas diminui a entrada de calor, indicando a forma de propagação do calor (condução, convecção ou irradiação) envolvida em cada caso.
Uma garrafa térmica tem paredes duplas de vidro, com vácuo entre elas, as superfícies internas espelhadas, uma tampa de plástico e uma rolha. Ela mantém um café quente…
Uma garrafa térmica tem paredes duplas de vidro, com vácuo entre elas, as superfícies internas espelhadas, uma tampa de plástico e uma rolha. Ela mantém um café quente por muitas horas. Analise cada uma dessas características e explique qual forma de propagação do calor ela dificulta. Depois, explique por que a garrafa também mantém um suco gelado por bastante tempo, e não apenas bebidas quentes.
Uma escola em Natal vai instalar um coletor solar para aquecer a água do banho do vestiário. O projeto prevê placas de cor escura sob uma cobertura de vidro, tubos de…
Uma escola em Natal vai instalar um coletor solar para aquecer a água do banho do vestiário. O projeto prevê placas de cor escura sob uma cobertura de vidro, tubos de cobre por onde a água passa, um reservatório isolado termicamente e a colocação do reservatório em posição mais alta que as placas. Explique o papel de cada elemento do projeto, identificando as formas de propagação do calor (irradiação, condução e convecção) presentes no funcionamento do equipamento. Justifique também a escolha do cobre para os tubos e do isolamento para o reservatório.
De volta ao início: a colher de metal esquenta por condução, e o calor da fogueira chega ao rosto por irradiação.