Mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e radiação

🔎 Mecanismos de transferência de calor

Além de entender o que é calor, precisamos saber como ele se move entre sistemas. (1) Condução ocorre principalmente em sólidos ou líquidos em repouso, quando choques entre moléculas transferem energia. (2) Convecção envolve fluídos em movimento, levando calor com o fluxo de massa. (3) Radiação é a transferência de energia por radiação eletromagnética, que pode ocorrer no vácuo. Em termos práticos, escolhas de materiais, contatos e movimentos determinam qual mecanismo domina em cada situação. (2) A taxa de transferência de calor pode ser aproximada por fórmulas simples: Q/t ≈ k A ΔT/d para condução; Q/t ≈ h A ΔT para convecção; P ≈ ε σ A T^4 para radiação, onde k é condutividade, h é coeficiente de convecção, A área, ΔT diferença de temperatura, d espessura, ε emissividade e σ a constante de Stefan-Boltzmann. Embora os valores dependam do material, a ideia central é que condução depende de contato direto, convecção de fluido em movimento e radiação de ondas eletromagnéticas. (1)

Heat transfer
Simulation of thermal convection in the Earth's mantle. Colors span from red and green to blue with decreasing temperatures. A hot, less-dense lower boundary layer sends plumes of hot material upwards, and cold material from the top moves downwards.
graph TD; Cond(Condução) --> Convec(Convecção); Convec --> Rad(Radiação); Cond --> Otim(Outros)

💡 Exercício direcionado: Resolva 2 questões de ENEM que envolvam identificação do modo dominante de transferência de calor em situações cotidianas (ex.: convecção no ar ao redor de uma panela, condução entre uma colher e uma sopa de água, radiação de uma chama). Estime rapidamente a ordem de grandeza da taxa de transferência para cada caso.

📚 Fontes

  1. Heat transfer (Britannica)
  2. 11.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer (OpenStax Physics)
  3. 14.3 Phase Change and Latent Heat (OpenStax College Physics)