Diferença entre condução, convecção e radiação (com tabela)

Quando energia térmica é transferido de um sistema para outro através da dispersão de calor, o fenômeno é chamado de transferência de calor.

Isso pode ser feito de três maneiras - condução, convecção, e radiação.

Condução vs Convecção vs Radiação

o diferença entre condução, convecção e radiação é sobre a maneira como o calor é transferido de uma zona com energia cinética mais alta para uma zona de energia cinética mais baixa. Na condução, isso acontece por meio do contato físico direto entre dois objetos. A convecção, por outro lado, ocorre quando o calor é transferido por meio do movimento das moléculas. A radiação não requer contato físico entre dois objetos como os outros métodos.


 

Tabela de comparação entre condução, convecção e radiação (na forma tabular)

Parâmetro de comparaçãoConduçãoConvecçãoRadiação
DefiniçãoProcesso de transferência de calor entre objetos por meio do contato físico direto.Processo de transferência de calor por meio de um meio fluido, como líquidos ou gases.Processo de transferência de calor por ondas eletromagnéticas.
MétodoO calor é transferido devido à colisão molecular quando os sólidos entram em contato uns com os outros.O calor é transferido pelo fluxo dos fluidos.O calor é transferido por meio da radiação emitida pelos corpos sem a necessidade de um meio.
CausaCalor viajando de uma área de alta temperatura para uma área de baixa temperatura.Calor viajando de uma área de baixa densidade para uma área de alta densidade.Energia emitida pelos corpos por meio dos movimentos rotacionais e vibracionais de átomos e moléculas.
MédioSólidos aquecidos.Substância interveniente como fluidos.Ondas eletromagnéticas.

 

O que é condução?

O processo de transferência de calor por meio do contato direto entre dois objetos é chamado de condução.

Quando as moléculas de um objeto absorvem energia térmica, elas começam a se mover rapidamente e, ao fazê-lo, entram em contato com objetos vizinhos e ocorre uma transferência de energia.

A condução é um processo muito comum. O simples ato de tocar em um recipiente quente faz com que ocorra a condução e o calor é transferido do recipiente para sua mão.

Para que a condução aconteça, alguns fatores devem ser considerados.

O primeiro é o gradiente de temperatura, que é a descrição da direção em que o calor está fluindo e a taxa de transferência. O processo de condução de uma fonte quente para uma fonte fria (ou uma fonte sem energia térmica) continua até que ambos os corpos atinjam um estado de equilíbrio térmico.

Outro fator importante é o tamanho dos objetos envolvidos. Objetos maiores requerem mais calor para serem aquecidos, mas, ao mesmo tempo, perdem calor mais rápido. Isso ocorre porque quanto maior o seu área de superfície ou seja, quanto mais eles entram em contato com o ar livre. As propriedades físicas dos objetos também devem ser levadas em consideração.

Se você usar uma colher de pau durante o cozimento, notará que a colher não esquenta. Isso ocorre porque a madeira é um mau condutor.

No entanto, se você usar uma colher de metal, o calor será transferido para ela muito rapidamente porque o metal é um bom condutor. Os condutores ruins também são chamados de isoladores. Eles evitam que a energia flua para longe da fonte.

Por exemplo, polar os ursos são capazes de sobreviver nas regiões árticas porque sua pele serve como um isolante que retém o calor dentro do corpo.

 

O que é convecção?

Quando ocorre o movimento de massa de um fluido devido ao fluido aquecido se afastando da fonte de calor, ele carrega energia com ele. Esta também é uma forma de transferência de calor e é chamada de convecção.

Esse processo ocorre porque o calor diminui a densidade de fluidos como o ar e a água. A perda de densidade faz com que o fluido suba, criando convecção correntes que pode transferir energia.

À medida que as camadas aquecidas do fluido sobem, as camadas mais frias que ainda retêm sua densidade descem em direção à fonte de calor até ficarem aquecidas e começarem a subir.

Existem dois tipos de convecção - espontânea e forçada. No primeiro caso, a convecção ocorre naturalmente devido à flutuabilidade. A diferença de temperatura causa uma diferença nas densidades.

Por exemplo, quando o calor do sol aquece a terra, o mar absorve a maior parte da energia, mas leva mais tempo para se aquecer do que a terra.

Portanto, o ar acima da terra perde densidade mais rapidamente, levando à criação de uma área de baixa pressão sobre as áreas costeiras. Mas a área sobre o mar tem pressão mais alta e isso faz com que o ar se mova da área de pressão mais alta para a área de pressão mais baixa, ou seja, do mar para a terra.

É por isso que a brisa perto do mar é geralmente mais forte. A convecção forçada é causada por uma fonte externa como um ventilador ou um gêiser. Está relacionado à lei de resfriamento de Newton, a equação para a qual é a seguinte:

P = dQ / dt = hA (TT)

Aqui, P = dQ / dt é a taxa de transferência de calor. Oh é o coeficiente de transferência de calor por convecção. A é a área da superfície do material que está exposto.

T refere-se à temperatura do objeto no fluido e T refere-se à temperatura do fluido submetido ao processo de convecção.


 

O que é radiação?

Ao contrário da condução e da convecção, que requerem contato físico real entre dois corpos, a radiação é a transferência de calor que ocorre mesmo quando os corpos não entram em contato ou estão separados no espaço.

Tudo no universo é feito de átomos que, juntos, formam moléculas. A rotação e vibração dos átomos e moléculas garantem que todas as substâncias continuem a emitir energia por meio da radiação eletromagnética.

Elétrons com alta energia em níveis atômicos elevados descem para níveis onde a energia é mais baixa. Qualquer energia perdida ao longo do caminho é emitida como radiação eletromagnética.

Quando a energia é absorvida por um átomo, seus elétrons sobem para níveis de energia mais elevados. Portanto, quando a taxa na qual a energia é absorvida é equilibrada pela taxa na qual ela é emitida, a temperatura da substância não muda.

Se o primeiro for maior do que o último, a temperatura aumentará e se for menor, a temperatura também diminuirá.

Um exemplo comum de transferência de calor por radiação é o sol. Ele não entra em contato com nenhum dos outros planetas nem existe um meio físico para transferência de calor.

Ainda assim, podemos sentir seu calor por causa da radiação eletromagnética que ele emite, o que permite que seus raios atinjam a Terra.


Principais diferenças entre condução, convecção e radiação

  1. Condução é o processo pelo qual o calor é transferido entre dois objetos por meio do contato físico direto.
  2. Na convecção, o calor é transferido por um meio fluido, como um líquido ou um gás.
  3. A transição de calor por meio de ondas eletromagnéticas é chamada de radiação.
  4. O calor que se desloca de uma área com alta temperatura para uma área com baixa temperatura é a causa da condução.
  5. O calor que se move de uma área com baixa densidade para uma área com alta densidade causa convecção.
  6. A radiação ocorre porque os movimentos de rotação e vibração dos átomos e moléculas que constituem os corpos fazem com que a energia seja transmitida constantemente.

 

Conclusão

Condução, convecção e radiação são conceitos importantes no estudo da termodinâmica.

Simplificando, o calor que passa de um objeto quente ou uma área quente para um objeto frio da área é a condução.

O calor é transferido através do movimento das correntes de fluidos por convecção e o calor é transferido através ondas eletromagnéticas sem qualquer meio é a radiação.


 

Referências

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
  2. https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710