O que é o processo de convecção térmica?

A convecção térmica é uma forma de transmissão de calor que ocorre nos líquidos, gases e vapores. Vamos ligar a Física à realidade da nossa vida. A convecção térmica está presente no nosso cotidiano, mas às vezes nem notamos onde ela está sendo mais usada. Com muita facilidade podemos perceber seu uso em aparelhos eletrodomésticos, como a geladeira. Você já deve ter se perguntado, por que os alimentos colocados dentro da geladeira esfriam? Para responder a essa pergunta vamos observar a figura 1 abaixo.

A figura 1 mostra, através das setas, o circuito da substância responsável pelo resfriamento dos alimentos do refrigerador: o “Freon 12”. O Freon é um gás derivado do metano e é altamente inflamável e pode ser encontrado também nos recipientes aerossóis (sprays).

Esse gás percorre o circuito com a função de retirar calor dos alimentos que são colocados dentro do refrigerador e jogá-lo para fora. Por isso a parte de trás da geladeira é quente: pois ela recebe o calor retirado do interior da geladeira.

Como é possível o mais frio aquecer o mais quente?

Para que um corpo mais frio aqueça o mais quente é necessário um processo não espontâneo. O refrigerador precisa de energia elétrica externa para comprimir o vapor de freon que desce da tubulação do congelador. Nessa compressão, a pressão e a temperatura aumentam e o vapor passa pelo condensador, transferindo energia para o meio externo pela parte de trás da geladeira. Ao sair do condensador, o Freon, em estado líquido, mas com pressão alta, passa por um tubo fino, que aumenta sua velocidade e diminui sua pressão. Quando o gás atinge a tubulação do congelador, ele se expande reduzindo sua pressão e sendo novamente aspirado pelo compressor, completando assim o ciclo termodinâmico.

Por que o ar mais quente que está embaixo do congelador resfria-se?

O ar mais quente que está embaixo do congelador transfere energia para o Freon quando esse evapora, resfriando-se e formando correntes de convecção no interior da geladeira. Ao descer, o ar mais frio retira calor dos alimentos, mantendo as correntes de convecção.

Quando medimos a temperatura de uma certa quantidade de água sendo aquecida em uma panela, percebemos que a temperatura aumenta conforme o termômetro se aproxima do fundo da panela. Mas como essa água fica com a mesma temperatura de uma forma uniforme depois de um tempo?

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Esse fenômeno pode ser explicado pela convecção que é a propagação de calor na qual a energia térmica se transmite mediante o transporte de matéria. Dessa forma, vamos então estudar como ocorre a convecção, entender a diferença entre convecção, irradiação e condução e observar alguns exemplos práticos sobre o assunto.

Quando ocorre a convecção?

Durante o processo de aquecimento da água, a que fica mais ao fundo (água mais quente) da penela fica menos densa do que a água na superfície (água menos quente). Dessa forma, a água quente sobe e a água fria desce (menos densa), criando uma corrente de convecção.

Logo, nessa forma de propagação, acontece o deslocamento de partículas de uma posição para a outra. Sendo assim, essa forma de propagação do calor é só observada em meios fluidos, ou seja, em meios gasosos e líquidos.

Convecção, irradiação e condução

O calor é uma energia que está em movimento, e isso pode ocorrer de três formas distintas. A convecção, como foi mostrado acima, a irradiação e a condução. Dessa forma, essas três maneiras cumprem a mesma função, propagar calor, porém cada uma o faz por um processo diferente.

A irradiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, conhecidas como ondas de calor. Por outro lado, a condução ocorre quando uma molécula se agita de tal forma que transfere sua energia para outra molécula e assim por diante, até o calor se propagar por todo corpo. A condução é muito reduzida nos meios líquidos e gasosos, tendo um melhor resultado nos meios sólidos

Exemplos de convecção

No nosso dia a dia podemos observar muitos exemplos de transferência de calor por convecção. Apresentamos a seguir alguns exemplos:

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• Sentido de propagação das brisas costeiras: de dia, o ar fica mais quente sobre a terra, pois ela se aquece mais rápido que a água durante o dia. Dessa forma, o ar quente sobe, por convecção, e o ar frio sobre o mar movimenta-se para ocupar o lugar do ar quente, formando assim as brisas marítimas. À noite, o processo é inverso, pois a terra esfria muito mais rápido que a água;
• Inversão térmica: é um fenômeno natural que altera o sentido de movimentação das corrente atmosféricas, por convecção. Por outro lado, isso é um problema grave quando ocorre sobre grandes cidades, pois a convecção espalha a poluição;

Ar condicionado: como o aparelho de ar condicionado possui a funcionalidade de esfriar o ar no interior de algum cômodo, ele sempre é instalado no alto, pois o ar frio desce (mais denso) e o ar quente sobe (menos denso), fazendo então que o ambiente fique resfriado por convecção.

Sem a convecção, não seria possível a invenção do ar condicionado, que em dias quentes nos auxilia fornecendo um ambiente mais agradável. Do mesmo modo, a convecção é importante para a brisa marítima, para se aquecer a água em uma panela, entre outras situações.

Entenda mais sobre convecção

Podemos então, neste tópico, entender um pouco mais sobre a convecção a partir de vídeos explicativos sobre o conteúdo, confira:

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Convecção e irradiação

No primeiro vídeo, poderemos entender um pouco mais sobre duas formas de propagação de calor: convecção e irradiação.

A água sendo aquecida por uma fonte de calor

Aqui, compreendemos como ocorre a convecção ao se aquecer uma certa quantidade de água. Neste vídeo foi utilizado um pouco de leite para se fazer um contraste com a água para a melhor visualização do processo de convecção.

A inversão térmica

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Já nesse outro vídeo podemos ver como a convecção pode espalhar a poluição em uma grande cidade.

Concluindo, é essencial se entender a convecção pois muitas atividades do nosso cotidiano estão ligadas a esse propriedade física. Confira também outro conteúdo relacionado à temperatuda, a dilatação térmica.

O que define o processo de convecção térmica?

Como funciona o processo de convecção?

O que é o processo de condução térmica?

Quais são os tipos de convecção?