Propagação de calor

Calor é definido como uma energia em trânsito. Nenhum corpo pode ter calor, pois a partir do momento que a energia terminou de ser transferida, já não é mais calor. O que está no corpo depois de terminada a transmissão é a energia interna dele mesmo.

Esta energia em trânsito tem um sentido único: é sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Assim, se em um dia frio você coloca suas mãos em um metal com temperatura menor que a temperatura de sua mão, a sensação de frio que você sente é seu corpo perdendo energia, que está sendo transferida para o metal. Do mesmo modo, quando queimamos a mão, o objeto tocado perde energia, esfriando, e esta energia é transferida para a mão, esquentando-a.

A energia interna de um corpo é a soma de todas as suas energias, ou seja, energia cinética, devido a agitação das partículas no corpo, e a energia potencial, devido às forças entre as partículas do corpo. O calor tem a característica de mudar o estado da energia interna do corpo, aumentando-a ou diminuindo-a.

É importante destacar que nem sempre o calor flui de um corpo de energia interna maior para um de energia interna menor. A obrigatoriedade do fluxo maior para o menor ocorre somente com a temperatura. Um material metálico, como uma tachinha, por exemplo, que em alta temperatura (incandescente) é lançada num recipiente com água morna. A energia interna da tachinha é menor que a da água, mas mesmo assim o fluxo de calor sai da tachinha e vai para a água devido a maior temperatura do metal.

Quanto maior for a massa do corpo, maior será a energia no momento da transferência, pois há maior quantidade de matéria, logo, mais energia interna do que em um material com massa menor. Assim, a quantidade de calor que flui depende também da quantidade de matéria do corpo e não só da diferença de temperatura. Um exemplo é quando se despeja um balde de água quente em um gelo e, em paralelo, um copo de água quente em um gelo. No primeiro caso o gelo derreterá mais rapidamente, pois há maior quantidade de água.

Por ser uma forma de energia, o calor é medido em Joules (Unidade usada no S.I.). Contudo, em alguns países, como Estados Unidos, adota-se a caloria. Define-se caloria como a quantidade necessária de calor para elevar a temperatura de 1 grama de água em 1ºC. A relação entre calorias e Joules é dada a seguir:

1 caloria = 4,184 J

A propagação de calor ocorre de três maneiras:

Condução

Transferência de calor por meio da agitação de moléculas, em um corpo ou entre mais corpos, desde que haja contato entre eles. Por necessitar de um meio, não pode ocorrer no vácuo. Neste processo, há um choque das partículas mais energéticas com as menos energéticas, na vizinhança, transferindo energia cinética.

Dissipador de calor de um computador. O calor é transferido do processador para o dissipador por meio de barras de cobre. Esse processo ocorre por meio da condução térmica. Foto: Zulashai / Shutterstock.com

Convecção

É o movimento de massas fluidas (gases, líquidos e vapores) que trocam de posição até que haja um equilíbrio térmico no ambiente. Não ocorre nos sólidos (massas fluidas) nem no vácuo, pois necessita de um meio material. Sempre a massa mais quente tende a subir (mais leve) e a mais fria tende a descer (mais pesada). A rigor, sabemos que a convecção não é bem um processo de transferência de calor, visto que não há transferência de energia de um corpo para o outro, mas apenas trocas de posições das massas, entretanto, de forma geral é definida neste contexto.

Correntes de convecção criadas na água de uma chaleira no fogão. Ilustração: Fouad A. Saad / Shutterstock.com

Radiação

A transferência de calor é por meio de ondas eletromagnéticas, que se propagam no vácuo, predominando a radiação infravermelha como a que transmite calor. Desta forma, não necessita de um meio para ocorrer, podendo estar os corpos separados. Todo corpo com temperatura maior que 0 K (zero kelvin, o zero absoluto) pode emitir radiação, mesmo que imperceptível.

A transferência de calor do Sol para a Terra ocorre por meio da radiação eletromagnética, pois não seria possível por meio de convecção e condução, devido à ausência de matéria entre os dois corpos celestes. Foto: VladisChern / Shutterstock.com

Referências bibliográficas:

HEWITT, Paul G., Física Conceitual – 9ª ed. – Bookman, 2008.