Explique por que não pode haver propagação do calor por condução e por convecção no vácuo.

Saiba diferenciar os tipos de propagação do calor.

Explique por que não pode haver propagação do calor por condução e por convecção no vácuo.
Explique por que não pode haver propagação do calor por condução e por convecção no vácuo.
Explique por que não pode haver propagação do calor por condução e por convecção no vácuo.
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Condução, convecção e irradiação são diferentes processos de propagação do calor. A definição de calor é energia térmica em trânsito, ou seja, está em constante movimentação e transferência entre os corpos do universo. No entanto, para que ocorra transferência de calor entre dois corpos é necessário que ambos possuam diferentes temperaturas, pois dessa forma, o calor irá fluir sempre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

A condução térmica


Tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra metálica na chama de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando fora da chama de fogo. Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a barra até alcançar a outra extremidade. Esse tipo de transferência ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da constituição atômica do material, a qual faz com que ele seja classificado condutor ou isolante de calor. Nas substâncias condutoras esse processo de transferência acontece mais rápido como, por exemplo, nos metais. Já nas substâncias isolantes, como na borracha e na lã, esse processo é muito lento.

A convecção térmica


É o tipo de propagação do calor que ocorre nos fluidos em geral em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Por exemplo: na geladeira os alimentos são resfriados dessa forma. Como sabemos, o ar quente é menos denso que o ar frio e é por esse motivo que o congelador fica na parte de cima da geladeira. Dessa maneira, formam-se as correntes de convecção: o ar quente dos alimentos sobe para ser resfriado e o ar frio desce refrigerando os alimentos, mantendo-os sempre bem conservados. Essa também é a explicação do porquê o ar condicionador ser colocado na parte de cima de um ambiente.

A irradiação térmica


A condução e a convecção são formas de propagação de calor que para ocorrer é necessário que haja meio material, contudo, existe uma forma de propagação de calor que não necessita de um meio material (vácuo) para se propagar, esta é a irradiação térmica. Esse tipo de propagação do calor ocorre através dos raios infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas. É dessa forma que o Sol aquece a Terra todos os dias, como também é o meio que a garrafa térmica mantém, por longo tempo, o café quentinho em seu interior.

A garrafa térmica é construída de forma que os três processos de propagação de calor sejam reduzidos ao máximo. Entre suas paredes há o vácuo, o qual impede a propagação do calor por condução. Estas são espelhadas tanto internamente quanto externamente, de forma que os raios infravermelhos sejam refletidos e por último temos a tampa. Esta última quando bem fechada evita o processo de propagação por convecção. Construída dessa maneira, a garrafa térmica mantém sempre bem quentinho o café ou o chá.

Publicado por: Marco Aurélio da Silva Santos

Física - Manual do Enem

Quando dois sistemas com temperaturas diferentes são aproximados, ocorre transferência de energia do sistema de maior temperatura para o de menor temperatura, até que se atinja o equilíbrio térmico, ou seja, até que os sistemas alcancem a mesma temperatura. 

Essa energia em movimento é denominada de calor. A propagação de calor pode ocorrer de três formas: condução, convecção e radiação.

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A condução é o processo de propagação do calor que se dá por transferência de energia entre as partículas, desse modo, ela necessita de um meio para ocorrer. Esse processo pode ser percebido quando se aquece uma das extremidades de uma barra metálica. 

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Condução de calor por uma barra metálica.

No início, ao tocar a extremidade da barra que está distante da fonte de aquecimento, percebe-se que ela está fria, mas após certo tempo, sente-se que ela também está aquecendo. Se a fonte de aquecimento for retirada, a barra tende a alcançar o equilíbrio térmico. Assim, toda a barra tende a atingir uma mesma temperatura.

A explicação para esse fenômeno é dada pela transferência de energia entre as partículas da barra. As moléculas mais próximas da fonte de aquecimento recebem energia e agitam-se com maior intensidade. 

Essa agitação provoca colisões com outras moléculas próximas, resultando na transferência de energia e consequentemente na agitação dessas outras moléculas. Esse processo propaga-se por toda a barra (meio de propagação).

É devido à condução que a xícara fica aquecida quando contém um líquido quente e que o cabo da panela esquenta quando ela é colocada no fogão aceso, por exemplo.

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A xícara fica aquecida quando contém café.

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O cabo da panela aquece enquanto o alimento é preparado.
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Para que ocorra a convecção também é necessária a existência de um meio de propagação, geralmente fluido (líquido ou gasoso).  Esse processo de propagação de calor acontece devido ao surgimento de correntes de convecção nos fluidos

As correntes de convecção surgem pela diferença de densidade das partículas no fluido. Geralmente, partículas mais aquecidas são menos densas e tendem a subir, enquanto que partículas mais frias são mais densas e tendem a fazer o movimento contrário.

Isso acontece, por exemplo, ao se aquecer água no fogão. As moléculas mais no fundo, próximas ao fogo, aquecem mais rapidamente, tornando-se menos densas que as moléculas mais próximas à superfície. 

Com isso, as moléculas mais quentes sobem, ficando mais próximas da superfície e as moléculas mais frias descem, aproximando-se do fogo. 

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Correntes de convecção no aquecimento da água.

É devido à convecção que o congelador fica na parte de cima da geladeira. O ar mais próximo congelador é mais frio e, portanto, mais denso, assim ele tende a descer, resfriando o restante da geladeira. Por esse mesmo motivo, os aparelhos de ar-condicionado devem ser instalados em partes mais altas das paredes. Já os aquecedores devem ficar em regiões mais baixas, para que o ar aquecido e menos denso, suba e esquente o restante do ambiente.

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Correntes de convecção dentro da geladeira, causada pela menor temperatura do congelador.
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Diferentemente da condução e da convecção, a radiação não precisa de meio para ocorrer, pois a energia térmica neste processo é transferida por ondas eletromagnéticas, que são capazes de propagar-se no vácuo

Todos os corpos emitem energia por radiação a todo momento. Em temperaturas próximas à ambiente, esse fenômeno normalmente não pode ser percebido por olhos humanos, mas pode ser visualizado quando o corpo encontra-se a temperaturas muito altas, como uma brasa incandescente. Em períodos muito frios, alguns animais, como as cascavéis, hibernam em bandos, para que cada indivíduo possa usufruir da energia irradiada pelos outros membros do grupo. 

Alguns tipos de óculos de visão noturna também utilizam essa emissão de energia dos corpos para possibilitar a visualização de pessoas e animais.

A radiação é essencial para a existência da vida na Terra. Como o planeta e o Sol estão situados no vácuo, essa forma de propagação é a única que permite que a Terra receba energia solar.

Além disso, é devido a esse processo de propagação de calor que o ser humano pode aproveitar o fogo de uma lareira ou de uma fogueira para aquecer-se no frio, o que, nos primórdios da existência humana, foi essencial para a sobrevivência da espécie.

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A radiação solar é essencial para a vida na Terra.

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A radiação proporciona a deliciosa sensação de estar perto da lareira em um dia frio.

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Exercício de fixação

ENEM

Numa área de praia, a brisa marítima é uma conseqüência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar. No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar).

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À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia.

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Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira:

A O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar.

B O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia.

C O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente.

D O ar que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental.

E O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar.