Como a transferência de calor pode ocorrer

O calor, uma forma de energia cinética, é transferido de três maneiras: condução, convecção e radiação. Ele pode ser transferido apenas se existe uma diferença de temperatura e, em seguida apenas na direção da diminuição da temperatura. Além disso, os mecanismos e leis que regem cada uma dessas formas são bastante diferentes.

Condução

A condução envolve a transferência de calor a partir de uma molécula para uma adjacente, tal como um impacto inelástico no caso dos líquidos, como oscilações em não condutores sólidos de eletricidade, e como movimentos de elétrons na condução de sólidos, tais como os metais. O calor flui por condução a partir do soldador para o trabalho, através da parede de tijolo de uma fornalha, através da parede de uma casa, ou através da parede de um utensílio de cozinha. A condução é o único mecanismo para a transferência de calor através de um sólido opaco. Alguns tipos de calor podem ser transferidos através de sólidos transparentes, tais como vidro, quartzo, e certos plásticos, por radiação.Em fluidos, a condução é completada por convecção e, se o fluido é transparente, por radiação. As condutividades dos materiais variam muito, sendo maior para os metais, menos para não metais, e menos ainda para líquidos, e muito menos pelos gases. Qualquer material que tem uma baixa condutividade pode ser considerado como um isolador. Os sólidos que têm uma condutividade grande podem ser usados como isoladores se eles são distribuídos na forma de grânulos ou pó, tal como fibras, ou como uma espuma. Isto aumenta o comprimento do caminho para o fluxo de calor e, ao mesmo tempo reduz a área da seção transversal eficaz, ambos os quais diminuem o fluxo de calor. Lã mineral, fibra de vidro, terra de diatomáceas, espuma de vidro, isopor, cortiça, Celotex, e magnésia são exemplos de tais materiais.

Convecção – Convecção de calor envolve a transferência de calor através da mistura de moléculas de um fluido com o corpo do fluido depois de terem qualquer ganho ou perda de calor por contato íntimo com uma superfície quente ou fria. A transferência de calor na superfície quente ou fria é por condução. Por esta razão, a transferência de calor por convecção não pode ocorrer sem condução. O movimento do fluido para provocar a mistura pode ser inteiramente devido a diferenças na densidade resultantes de diferenças de temperatura, tal como em convecção natural, ou pode ser provocada por meios mecânicos, como em convecção forçada.

A maior parte do calor fornecido a um quarto de um radiador de vapor ou de água quente é transferida por convecção. Na verdade, o calor do fogo no forno de aquecimento da água quente ou vapor é transferido para a parede da caldeira por convecção, e a água quente ou de calor transferências de vapor da caldeira para o radiador por convecção. Chá gelado é arrefecido e sopa aquecida por convecção.

Radiação – O material sólido, independentemente da temperatura, emite radiações em todas as direções. Estas radiações podem ser, em diferentes graus, absorvida, refletida ou transmitida. A energia do líquido que é transferido por radiação é igual à diferença entre as radiações emitidas e aqueles absorvidos.  As radiações de sólidos formam um espectro contínuo de largura considerável, aumentando em intensidade de um mínimo no comprimento de onda curta através de um máximo e, em seguida, diminuindo para um mínimo a um comprimento de onda longo. À medida que a temperatura do objeto é aumentada, todo o espectro emitido diminui no comprimento de onda. À medida que a temperatura de uma barra de ferro, por exemplo, é elevada a cerca de 540 ° C, as radiações tornam-se visíveis como um brilho vermelho escuro.

À medida que a temperatura aumenta ainda mais, existe a intensidade dos aumentos de radiação e a cor torna-se mais azul. Este processo é bastante evidente no filamento de uma lâmpada. Quando a lâmpada é operada com uma tensão normal, a luz parece bastante vermelha. À medida que a tensão é aumentada, existe o aumento de temperatura, de filamentos e a luz progressivamente aparece mais azul.  Líquidos e gases apenas absorvem ou emitem parcialmente essas radiações, e os fazem de uma forma seletiva. Muitos líquidos, especialmente os orgânicos, têm bandas de absorção seletiva nas regiões do infravermelho e ultravioleta.

Transferência de energia por radiação é único na medida em que nenhuma substância de realização é necessária, como com condução e convecção. É esta propriedade única que torna possível a transferência de grandes quantidades de energia do Sol para a Terra, ou a transferência de calor de um aquecedor radiante na casa. Por meio de lâmpadas de calor e refletores, o calor pode ser transferido profundamente na camada de esmalte sobre um corpo do carro, com o endurecimento resultante do esmalte de dentro para fora. É também a transferência de mais de uma grande distância de quantidades de energia radiante, que faz com que a bomba atômica tenha seu modo destrutivo.