Convecção térmica

Convecção térmica

Convecção térmica de gases
O ar quente apresenta tendência a subir, e o ar frio, tendência a descer. O ar nas proximidades de um aquecedor fica mais quente e sobe. Isso favorece a circulação de ar no ambiente. Se o aquecedor estivesse próximo ao teto, o ar de cima ficaria aquecido e não desceria. O ar frio, por sua vez, ficaria acumulado na parte de baixo do cômodo e, assim, o aparelho não cumpriria sua finalidade: aquecer o ambiente.
Denomina-se convecção térmica o processo de transferência de calor que acontece graças a movimentação de um material.
Perceba que é exatamente isso que acontece no exemplo mostrado. O material que se move pelo ambiente é o ar e, com o movimento, o calor é distribuído pelo cômodo. A movimentação do ar, mais quente e mais frio, cria as chamadas correntes de convecção
.

E no caso de um aparelho de ar condicionado: a fim de garantir eficiência no resfriamento do ar da sala, é mais indicado colocá-lo no alto ou embaixo? No alto!!

Convecção térmica de líquidos
Acabamos de estudar a convecção térmica envolvendo a movimentação de um material gasoso: o ar. Mas não é só no caso dos gases que pode ocorrer convecção. Com líquidos também pode. Quando se leva ao fogo uma panela com água, estabelecem-se correntes de convecção nesse líquido.
Embora não possamos observar estas correntes diretamente podemos evidenciar a sua ocorrência se jogarmos um pouco de serragem na água. Veremos a serragem se movimentar, seguindo o caminho das correntes de convecção.


Como foi dito, a convecção é um processo de transferência de calor que ocorre graças à movimentação de um material. Nos sólidos, ao contrário dos gases e dos líquidos, não pode haver movimentação de pedaços do material e, portanto, não se podem estabelecer correntes de convecção.

A convecção térmica no cotidiano
A geladeira é um bom exemplo para comprovar o que se estudou até aqui sobre convecção. Se colocarmos as mãos rentes ao chão, diante da geladeira aberta, sentiremos o ar frio que desce ao sair da geladeira.
Os fabricantes de geladeira levam em conta o fato de o ar quente subir e o ar frio descer. Por isso, o congelador que é o responsável pelo resfriamento interno da geladeira, fica na parte de cima. Ele resfria o ar próximo de si. Esse ar frio desce enquanto o ar quente, que está embaixo, sobe. Assim, produzem-se correntes de convecção, que mantém o interior da geladeira em constante resfriamento.


Se o congelador ficasse na parte de baixo da geladeira, o ar resfriado permaneceria na parte inferior. E o ar que estivesse em cima continuaria quente, pois não desceria para poder ser resfriado pelo congelador.
No ar das cidades também constatamos a convecção. Os gases poluentes que saem do escapamento dos veículos e das chaminés das fabricas tendem a subir, pois estão quentes. Esse é um exemplo em que as correntes de convecção favorecem a dispersão dos poluentes.
 Na convecção a energia se propaga junto com a matéria. A convecção ocorre nos fluídos (líquidos e gases). Não existe convecção no vácuo.

Para entender a convecção é necessário lembrar da densidade d = m/V. Um líquido com uma temperatura menor é mais denso do que o mesmo líquido com uma temperatura maior.

maior temperatura --> mais denso ("mais pesado")
menor temperatura --> menos denso ("mais leve")

Exemplo:
ar quente --> sobe porque é menos denso ("mais leve")
ar frio --> desce porque é mais denso ("mais pesado")

Quando colocamos uma panela com água no fogo as moléculas de água do fundo aquecem primeiro e ficam "mais leves" do que a água da parte superior. Então a debaixo sobe e a água mais densa de cima desce. Ao descer essa água aquece e fica menos densa, então sobe criando assim as correntes de convecção. Perceba que o calor se desloca junto com as moléculas de água.
Convecção é, portanto, a forma como ocorre a transferência de calor nos líquidos ou gases. Podemos observar o fenómeno da convecção no funcionamento de um frigorífico. Existe um motivo para que o congelador normalmente seja colocado na parte superior do aparelho. O congelador arrefece o ar que, ao se tornar mais denso, tende a descer. Enquanto desce, ele retira calor aos alimentos que encontra. Ao mesmo tempo, o ar quente das partes inferiores tende a subir. Em contacto com o congelador, ele arrefece e o processo continua

Atividade

Para uma boa visualização do fenômeno da convecção térmica, pode-se fazer uma experiência bem simples na própria sala de aula. Para isso, serão necessários os seguintes materiais:

• Uma garrafa plástica de refrigerante de pelo menos dois litros.
• Um canudo de papel.
• Fósforo ou isqueiro.

Montagem e Execução do Experimento

Faça dois furos em lados opostos da garrafa.

Em um desses furos coloque o canudo de papel com parte dele no exterior e a outra parte no interior da garrafa.

Coloque fogo na extremidade externa do canudo de papel. Observe que a fumaça do lado externo sobe e a fumaça do lado interno desce.

Pergunte aos alunos porque isso acontece. É interessante ouvir as teorias formuladas por eles.

Após ouvir as respostas dos alunos para esse fenômeno explique que no exterior a fumaça por estar muito quente, ela é menos densa e por isso ela sobe. No interior, como a fumaça esteve em contato com as paredes do canudo de papel ela esfria, se torna mais densa e por isso ela desce.

Sugestões

1) Como exemplos do fenômeno da convecção térmica se podem citar as brisas marinhas, o motivo pelo qual os aparelhos de ar condicionado são colocados na parte superior dos recintos, o funcionamento de chaminés e os balões de ar quente.

2) Como atividade extra, peça para os alunos fazerem um trabalho sobre a poluição do ar e a inversão térmica, fenômenos intimamente ligados à convecção térmica.

Um experimento 

Grupo : Ana Mirella , Jaqueline Melo , Thiago Borges , Jennifer Riberio, Rosa Maria , Fanny Afra e Nayane Pereira