Três tipos de transferência de calor

A transferência de calor ocupa um campo que compreende uma ampla gama de funções, desde processos simples de aquecimento e resfriamento de objetos até conceitos termodinâmicos avançados em física térmica. Para entender como uma bebida esfria no verão ou como o calor viaja do sol para a Terra, você deve compreender esses princípios básicos de transferência de calor em um nível fundamental.

A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que o calor é transferido de um objeto de temperatura mais alta para o objeto de temperatura mais baixa. Os átomos de energia mais alta (e, portanto, a temperatura mais alta) movem-se em direção aos átomos de energia mais baixa (temperatura mais baixa) para manter o equilíbrio (conhecido como equilíbrio térmico). A transferência de calor ocorre para manter este princípio quando um objeto está em uma temperatura diferente de outro objeto ou de seus arredores.

Quando partículas de matéria estão em contato direto, o calor é transferido por meio de condução. Os átomos adjacentes de energia superior vibram uns contra os outros, o que transfere a energia superior para a energia inferior, ou a temperatura superior para a temperatura inferior. Ou seja, átomos de maior intensidade e maior calor vibrarão, movendo os elétrons para áreas de menor intensidade e menor calor. Fluidos e gases são menos condutores do que sólidos (metais são os melhores condutores) devido ao fato de serem menos densos, o que significa que há uma distância maior entre os átomos.

A convecção descreve a transferência de calor entre uma superfície e um líquido ou gás em movimento. À medida que o fluido ou gás viaja mais rápido, a transferência de calor por convecção aumenta. Dois tipos de convecção são a convecção natural e a convecção forçada. Na convecção natural, o movimento do fluido resulta dos átomos quentes no fluido, onde os átomos quentes se movem para cima em direção aos átomos mais frios no ar - o fluido se move sob a influência da gravidade. Exemplos disso incluem nuvens crescentes de fumaça de cigarro ou calor do capô de um carro que sobe. Na convecção forçada, o fluido é forçado a viajar sobre a superfície por um ventilador ou bomba ou alguma outra fonte externa.

Radiação (não deve ser confundida com radiação térmica) refere-se à transferência de calor através do espaço vazio. Esta forma de transferência de calor ocorre sem um meio intermediário; a radiação funciona mesmo dentro e por meio de um vácuo perfeito. Por exemplo, a energia do sol viaja pelo vácuo do espaço antes que a transferência de calor aqueça a Terra.

A transferência de calor é parte integrante da educação em disciplinas relevantes, como no currículo de engenharia química ou mecânica. Fabricação e HVAC (aquecimento, ventilação e resfriamento de ar) são exemplos de indústrias que dependem fortemente da termodinâmica e dos princípios de transferência de calor. A ciência térmica e a física térmica são campos superiores de educação que lidam com a transferência de calor.