Condução, convecção e radiação térmicas

RKA2G Quando olhamos para o fogo, com as suas chamas, nós estamos olhando para três formas diferentes de transferência de calor. Estamos olhando para a condução, estamos, também, vendo a convecção e também estamos vendo a radiação térmica, todas ao mesmo tempo. Eu poderia dizer condução térmica, convecção térmica e radiação térmica, como eu disse aqui , afinal, todas elas estão relacionadas à temperatura. Então, como está acontecendo a condução? Nós temos aqui embaixo um combustível para o fogo, então, temos uma reação típica de combustão. E eu sugiro a você que assista aos vídeos sobre esse assunto na nossa playlist de química, se você estiver interessado em detalhes. Nós temos aqui moléculas com carbono e as suas ligações, e com oxigênio. Na presença de oxigênio e algum calor, ocorre a combustão, a reação de combustão, produzindo dióxido de carbono e água. E essa energia liberada vai agitar as moléculas ao redor desta fonte de calor. Então, você tem aqui as moléculas do que está em volta do fogo e do combustível sendo queimado recebendo uma grande quantidade de calor. E lembre-se de que a temperatura delas é diretamente proporcional à energia cinética média delas. As moléculas que estão mais próximas de onde está acontecendo a reação vão ter uma energia térmica muito maior. Mas essas moléculas estão se chocando com outras moléculas e transferindo energia cinética para elas (portanto, também transferindo energia térmica). É o que está acontecendo: moléculas com bastante energia térmica estão transferindo energia térmica para outras moléculas por meio das colisões. Isso é a condução. Agora, sobre a convecção, isso está muito relacionado com a ideia de que o ar quente é menos denso. Então, se temos uma quantidade de partículas de ar aqui, digamos que isso seja o ar frio, aqui na parte de cima, e nós já sabemos que o ar frio é mais denso que o ar quente, então, as moléculas do ar que estão aqui abaixo, próximas ao fogo, têm uma energia cinética muito maior que as moléculas do ar frio. As moléculas de ar quente estão muito mais agitadas, portanto, a separação entre elas é bem maior do que a separação entre as moléculas de ar frio, por isso o ar quente é menos denso. E suas moléculas têm uma energia cinética média muito maior do que no ar frio. E, já que esta área aqui, de ar quente, é menos densa comparando com essa área de moléculas em branco, que são moléculas do ar frio, então, essas moléculas de ar quente, menos denso, mais separadas, vão subir. Estas moléculas brancas, mais densas, do ar frio, vão cair ao redor do volume de ar quente que está subindo, ou seja, vamos ter as moléculas mais agitadas, as moléculas do ar quente, movendo-se para cima e as moléculas menos agitadas e mais densas do ar frio vão descer, chegando próximas à fonte de calor. E, chegando ali na fonte de calor, elas vão ser aquecidas. E sabemos que o ar quente sobe. E o ar que havia subido já esfriou, ficou mais denso, vai descer de novo. Será aquecido quando chegar novamente perto da fonte de calor e assim se estabelece a convecção. Então, aqui no fogo está acontecendo a reação de combustão, superaquecendo o ar que está próximo e vai subir. Seria como essas chamas que nós vemos subindo. E o fato de o ar quente subir faz com que você perceba, ao colocar a sua mão aqui acima do fogo, muito mais calor do que se você colocasse a sua mão, por exemplo, aqui ao lado da chama, ainda que, aqui ao lado, ela também esteja próxima à chama. E isso acontece porque o ar quente está subindo por causa do aquecimento provocado pelo fogo e fazendo com que o ar frio desça. E esse ar frio será aquecido novamente e vai subir^ e o ar quente que havia subido já esfriou e vai descer, estabelecendo, então, a convecção. A última forma de transferência de calor que vamos estudar aqui é a radiação térmica. E a radiação está baseada na ideia de que se você tem partículas carregadas sendo aceleradas, elas vão liberar radiação eletromagnética. Ok, mas como assim, "partículas carregadas sendo aceleradas"? Bem, nós temos aqui as moléculas sendo constantemente aceleradas pela fonte de calor e chocando-se umas com as outras, acelerando outras moléculas também, ao transferir a energia cinética umas para as outras, outras moléculas estão sendo aceleradas e suas velocidades estão sendo alteradas não só em termos de magnitude, mas também de direção e sentido. Deixe-me escrever aqui: ao acelerar partículas carregadas, há liberação de radiação eletromagnética. Você pode dizer: "espere um pouquinho, eu posso compreender que há moléculas sendo aceleradas, mas e essa questão das partículas carregadas?" Você deve se lembrar de que as moléculas são feitas de átomos e os átomos são feitos de partículas carregadas: os prótons e os elétrons. E aí estão as partículas carregadas. Então, quanto mais aceleração nas moléculas, mais radiação eletromagnética é liberada. Olhando para o fogo, como eu estou observando a radiação? O simples fato de você ver o fogo, a luz emitida pelo fogo, isso é radiação eletromagnética. São ondas eletromagnéticas indo do fogo até os seus olhos para você enxergar a luz dele. Até mesmo estas partículas por aqui, elas também estão emitindo radiações eletromagnéticas, porque elas estão se chocando umas com as outras, sendo aceleradas e os seus prótons e seus elétrons estão sendo acelerados, portanto, emitindo radiação eletromagnética em diferentes direções. E, mesmo que essas partículas estejam emitindo radiações eletromagnéticas, o comprimento de onda emitido por elas não é suficiente para que seu olho as capte como luz, ou seja, não se tornam luz visível. Se você tivesse uma câmera infravermelha, você iria ver as chamas muito maiores, alcançando tudo por aqui. E, olhando especificamente para uma chama bem aqui, você veria a reação de combustão acontecendo e a chama iria parecer meio azulada. E isso é porque a luz azul é uma luz de mais energia, que emite mais energia. E isso acontece porque as partículas estão sendo aceleradas mais intensamente aqui, onde acontece a reação de combustão. E a chama vai mudando de cor, do azul para um tipo de branco, para o amarelo, laranja, para o vermelho e assim, ela vai se modificando até que os seus olhos não podem captar sua cor sem a presença de uma lente, ou melhor dizendo, de uma câmera infravermelha. Resumindo, tudo que tem uma certa temperatura está emitindo uma certa radiação eletromagnética. E você pode dizer: "Ok, entendi, mas por que podemos dizer que isso é uma forma de transferência de calor?" Bem, se você se sentar próximo à chama, você vai sentir algum calor, mesmo se o ar entre você e a chama estiver gelado. E você vai continuar sentindo que o fogo está aquecendo você. Então, aqui você tem uma chama, isso aqui é fogo. Digamos que você tenha aqui ar frio, ar gelado. E, se você estiver aqui, com o ar frio entre você e o fogo, você ainda vai sentir recebendo o calor a partir da chama. E isso acontece porque a radiação eletromagnética provocada pelo fogo vai ser percebida pela sua pele, que está recebendo a transferência de energia por causa dessa radiação eletromagnética. E, portanto, você vai continuar se sentindo aquecido pelo fogo. Até o próximo vídeo!