Heat Is Mobile
Você já tocou em uma panela quente e se queimou, que tal se aquecer em frente a uma bela fogueira em uma noite fria? Já reparou que, na maioria das vezes, as aberturas de ventilação das casas do Norte ficam no chão e no Sul no teto? Tudo isso está relacionado ao movimento do calor e como ele é transferido entre substâncias e locais. O calor pode se mover entre objetos ou espaços, e existem três maneiras principais de fazer isso: condução, convecção e radiação. Vamos ver como cada um funciona.
Condução
Se alguém lhe serve uma xícara de café quente, provavelmente você a pegará pela alça, em vez de ao redor da parte principal da caneca. Isso ocorre porque a caneca de café conduz o calor do líquido quente de dentro para a sua mão. Essa transferência direta de calor de um objeto para outro é chamada de condução .
A caneca de café transfere bem o calor, assim como muitas outras substâncias, inclusive o metal. Você certamente não tocaria em uma panela de metal quente no fogão ou seguraria um prego sobre uma chama sem algum tipo de luva protetora, porque você sabe que o calor do metal irá rapidamente se transferir para sua mão e queimar você. Faz sentido então que essas substâncias que conduzem bem o calor sejam chamadas de condutores .
Algumas substâncias são muito ruins na transferência de calor e são chamadas de isolantes . A madeira é um isolante muito bom (portanto, um condutor muito ruim), por isso sua panela de metal no fogão pode ter um cabo de madeira. Você pode fazer uma pequena experiência para ver isso em ação. Se você tiver uma área em sua casa onde o piso de madeira encontra alguns ladrilhos, coloque os pés descalços em cada um. Você descobrirá que o piso de cerâmica parece mais frio, mas os dois pisos têm, na verdade, a mesma temperatura! O ladrilho é um condutor de calor muito melhor do que a madeira, por isso transfere o calor da sola dos pés melhor do que a madeira, fazendo com que sinta frio no pé. O ar também é um péssimo condutor, por isso você pode estender a mão no forno para pegar um prato sem se queimar (a menos que você esqueça suas luvas de forno e pegue o prato em si!).
Sua casa é isolada com algo como lã de rocha ou fibra de vidro porque essas substâncias são péssimos condutores de calor. Imagine como sua casa seria fria se não houvesse proteção contra o frio externo durante o inverno, ou quão quente seria se você não estivesse protegido do calor externo no verão! Curiosamente, porém, os isoladores não param de fato o fluxo de calor, apenas diminuem consideravelmente a transferência. É por isso que você ainda precisa ligar o aquecedor no inverno e A / C no verão – não tanto quanto se você não tivesse nenhum isolamento.
Convecção
Lembra-se de como eu disse que as casas no norte geralmente têm as aberturas de ventilação no chão, enquanto as casas no sul têm as aberturas no teto? Isso se deve à maneira como o calor flui nos fluidos, e tanto os gases (como o ar) quanto os líquidos (como a água) são considerados fluidos devido à maneira como se movem. Quando o calor é transferido por correntes em um fluido, isso é chamado de convecção . A convecção acontece em todos os fluidos, como o ar em sua casa, a água de um lago e o magma no subsolo, só para citar alguns.
Funciona assim: imagine uma sala cheia de crianças que acabaram de comer um monte de biscoitos. Eles se tornam bastante enérgicos e começam a correr pela sala. Se você abrir a porta e deixá-los sair, eles estouram e começam a correr pelo espaço maior, espalhando-se no quintal. A mesma coisa acontece quando um fluido é aquecido. As moléculas na parte inferior ganham energia e começam a se mover mais rápido. À medida que se movem mais rápido, eles começam a se espalhar, o que torna o fluido menos denso. Mas, em vez de ficar confinado a um quintal, as moléculas mais quentes do fluido começam a se mover para cima, enquanto o fluido mais frio e mais denso começa a afundar (assim como as crianças começam a se acomodar quando o fluxo de biscoitos diminui). Quando as moléculas mais frias chegam ao fundo, onde está o calor, é como se elas comessem outro biscoito e obtivessem um aumento de energia novamente. Elas sobem de volta ao topo, enquanto as moléculas mais frias voltam para o fundo. O ciclo continua enquanto houver uma fonte de calor na parte inferior.
O que isso tem a ver com as saídas de ar em uma casa? Bem, se você mora em um clima frio, provavelmente usa o calor com mais frequência do que o A / C. E se você mora em um clima mais quente, provavelmente usa mais o A / C do que o calor. Portanto, se o ar quente subir e você usar o calor com mais frequência, convém que as aberturas de ventilação fiquem no chão de modo que o ar quente viaje para cima para preencher a sala à medida que sai pelas aberturas. O oposto é verdadeiro para o ar condicionado: se o ar frio afundar, você não gostaria que ele começasse no chão, porque não esfriaria o ambiente tão efetivamente como se partisse do teto, onde pode esfriar o ambiente como cai.
Radiação
Quando você se senta em frente a uma fogueira, é aquecido pelo calor. Passe a mão sobre uma lâmpada quente e você sentirá o calor saindo dela, mesmo sem tocá-la. Destaque-se ao sol e rapidamente se aquecerá com seus raios. Esses exemplos ilustram nosso mecanismo final de transferência de calor, radiação . A radiação é quando o calor é transferido por ondas eletromagnéticas, como ondas de rádio, ondas infravermelhas, raios X e até mesmo luz visível!
Todos os objetos emitem e absorvem energia radiante – até você! Embora, como tudo mais, alguns objetos e substâncias sejam muito melhores nisso do que outros. Aqueles que são bons em emitir energia radiante, como o sol, também são muito bons em absorvê-la. Uma antena de rádio é projetada para absorver bem as ondas de rádio, mas isso também significa que é muito bom para emiti-las.
Quando se trata de calor radiante, muito do que é produzido na Terra vem da própria Terra. Ele absorve energia radiante do sol e a emite de volta para o espaço. Essa energia radiante emitida pela Terra é chamada de radiação terrestre e é o que torna a vida possível. Como um grande cobertor, os gases na atmosfera prendem a radiação terrestre na Terra e mantêm nosso planeta aquecido e agradável.
O que é realmente interessante é que, ao contrário da condução e da convecção, a radiação acontece mesmo quando não há material pelo qual o calor possa viajar. Os raios do sol viajam através do espaço para a Terra, mas como o espaço é, por definição, vazio, não há ponto de contato (como a condução) ou fluido (como a convecção) para o calor viajar. As ondas simplesmente movem o calor através do espaço apenas, bem, movendo-se!
Resumo da lição
O calor é muito amigável – gosta de se mover, transferir e viajar. Ele faz isso por meio de três mecanismos principais: condução, convecção e radiação.
A condução é a transferência de calor por meio do contato direto entre diferentes objetos ou substâncias. Tocar em uma panela quente no fogão, caminhar na areia quente ao longo da praia e colocar um atiçador de metal no fogo são exemplos de condução porque o calor é transferido de um objeto para o outro quando eles se tocam.
Algumas substâncias são melhores na transferência de calor do que outras e, para facilitar, são chamadas de condutores . As substâncias que transferem calor de maneira inadequada são chamadas de isolantes . Os metais são bons condutores, mas coisas como madeira e ar são maus condutores. Se você colocar a mão no forno, ele não queima, mas pegue o prato que está esquentando lá e aposto que você gostaria de ter colocado as luvas do forno! E lembre-se, você ainda precisa usar o seu calor no inverno e o ar condicionado no verão porque os isoladores não param a transferência de calor; eles apenas diminuem consideravelmente.
Quando o calor é transferido através do movimento dos fluidos, isso é chamado de convecção . As correntes de convecção são como o resultado de dar biscoitos às crianças – as moléculas na parte inferior têm mais energia e são mais quentes, então se movem para o topo do fluido. Enquanto isso, as moléculas no topo ficam mais frias (elas estão descendo de seu pico de açúcar) e afundam de volta ao fundo, onde o ciclo começa novamente. Tanto gases quanto líquidos são considerados fluidos, portanto, você encontrará correntes de convecção no ar e também na água.
Quando o calor é transferido por ondas eletromagnéticas, isso é chamado de radiação . Essas ondas vêm em todas as formas: raios-X, ultravioleta, ondas de rádio e até mesmo luz visível. Assim como o calor se irradia de um incêndio ou um radiador em uma casa envia calor para uma sala, a radiação é o movimento do calor de um lugar para outro simplesmente viajando junto com as ondas. Todos os objetos absorvem e emitem radiação, embora alguns sejam melhores do que outros. A Terra é muito boa em absorver e emitir a energia radiante do Sol e, quando a envia de volta ao espaço, isso é conhecido como radiação terrestre . A radiação terrestre é o que torna a vida possível na Terra. Isso ocorre porque, à medida que o calor é irradiado de volta para o espaço, ele fica preso pelos gases da atmosfera, tornando a Terra um lugar agradável e quente para se viver.
Resultados de Aprendizagem
Quando esta lição terminar, você deverá ser capaz de:
- Definir condução
- Diferencie entre condutores e isoladores
- Descreva a convecção e radiação
- Compreenda o significado da radiação terrestre