Convecção

Dando continuidade à idéia do post anterior, hoje vou falar sobre convecção.

Ao contrário da condução, onde o calor é conduzido através de colisões  atômicas e moleculares, a convecção envolve o movimento de massa. A convecção só acontece em fluidos, sejam líquidos ou gases. Isso não quer dizer que líquidos e gases não conduzem calor por condução, mas que eles o conduzem principalmente por convecção.

Quando um fluido, como a água por exemplo, é aquecido por baixo, as moléculas mais próximas da fonte de calor começam a mover-se mais rapidamente, afastando-se umas das outras. Esse afastamento faz diminuir a densidade do fluido (quantidade de massa por unidade de volume), criando uma força de empuxo que empurra essa parte do fluido aquecida para cima. O espaço deixado por esse fluido que se elevou é preenchido pelo fluido que ainda está frio e denso. Dessa maneira surgem as correntes de convecção, quem mantêm o fluido em movimento - o fluido mais frio e se aproximando da fonte enquanto o fluido mais quente se afasta dela.

Assim como a água do exemplo anterior, o ar também se expande quando aquecido. E quando se expande, ele se resfria. Isso acontece porque as moléculas passam a ficar mais afastadas umas das outras, diminuindo assim o número de choques entre elas. Assim, a energia cinética média das moléculas diminui, diminuindo assim a temperatura. Isso é o oposto do que acontece quando o ar é comprimido. Você consegue imaginar o por quê?

Você pode constatar o resfriamento do ar em expansão com uma simples experiência, que provavelmente todos nós já fizemos.  Com a boca aberta, sobra sua mão. Você perceberá que o ar que sai da sua boca é morno. Agora contraia os lábios e sopre de novo. Você perceberá que o ar que sai de sua boca agora é mais frio.

Um outro exemplo mais dramático de resfriamento por expansão é o vapor que sai da válvula da panela de pressão. A "fumaça" que vemos é o vapor condensado, que é bem frio. Podemos manter a mão confortavelmente nessa área de vapor condensado. Porém não ponha sua mão logo acima da válvula, onde o vapor é invisível! O vapor nessa região ainda não se expandiu o suficiente para se condensar, portanto está bastante quente.

O resfriamento dos alimentos que estão na geladeira da sua casa acontece através da convecção do ar interior da geladeira. O ar se aquece ao entrar em contato com o alimento. Assim ele se expande e fica menos denso,. subindo até o congelador. Depois de resfriado, o ar desce novamente, criando assim uma corrente de convecção. É importante notar que para isso acontecer, as prateleiras devem ser vazadas, para permitir a circulação do ar. Você consegue imaginar por que os condicionadores de ar são colocados a parte superior da parede e os aquecedores são colocados próximos ao chão?

Fonte: Hewitt, Paul G. ; Física Conceitual; 9 ed. PortoAlegre : Bookman, 2007