Enzo Rocha Fotografia: Correntes de Convecção

Definição

Uma corrente de convecção é um processo que envolve o movimento de energia de um lugar para outro. É também chamado de transferência de calor por convecção.

As correntes de convecção ocorrem quando um fluido aquecido se expande, se torna menos denso e sobe. O fluido então esfria e contrai, tornando-se mais denso e afunda

O que são correntes de convecção?

Correntes de convecção são movimentos causados por mudanças de temperatura em corpos líquidos ou gasosos. Nesses corpos, o material mais quente tende a subir, deslocando a matéria mais fria, que circula em outros lugares; o movimento contínuo criado por esse processo é conhecido como célula de convecção.

As correntes de convecção são responsáveis por muitos fenômenos no mundo natural, embora sua importância seja frequentemente negligenciada.

Oceanos, nuvens de tempestade e a crosta terrestre são todos sistemas de larga escala afetados por essas correntes. Em escalas menores, elas podem ser observadas em uma panela com água fervente ou em uma xícara de café.

O calor faz com que moléculas individuais de matéria se movam rapidamente. Em um fluido, significando, neste caso, qualquer substância líquida ou gasosa, essas moléculas aquecidas se expandem, tornando-se menos densas.

Isso os leva a subir dentro do fluido, deslocando as moléculas mais frias já presentes. Essas moléculas mais frias se moverão em outras partes do fluido; se encontrarem uma fonte de calor, ficarão agitados e subirão, enquanto as moléculas previamente aquecidas esfriarão e descerão. Esse efeito cria células de convecção, que por sua vez causam correntes de convecção.

As correntes de convecção causam os efeitos que podem ser vistos em uma panela de aquecimento de água em um fogão. A água no fundo da panela, mais próxima do queimador, aquece rapidamente e sobe à superfície.

As bolhas demonstram a agitação das moléculas de água aquecida, que circulam o calor até que toda a água esteja fervendo. O efeito pode ser mais facilmente observado ao despejar o creme em uma xícara de café quente.

Mesmo sem mexer, o creme começará a circular pelo café mais quente, e a diferença de cor nos dois líquidos facilita a observação dos padrões de convecção.

Em uma escala muito grande, as correntes de convecção governam o movimento da atmosfera ao redor da Terra.

O ar aquecido pelo sol se move para regiões e áreas mais frias, causando mudanças nos padrões climáticos.

As nuvens são criadas quando o ar quente e úmido sobe e encontra o ar mais frio em altitudes mais altas. A

s ações das células de convecção nas nuvens podem causar tempestades e, ocasionalmente, eventos mais espetaculares.

Tornados e furacões resultam da violenta agitação do ar e da umidade causada pelo calor que se move pela atmosfera.

Entre seus vários outros efeitos, as correntes de convecção também são responsáveis por terremotos e atividades sísmicas.

A superfície da Terra é composta por uma série de massas terrestres sólidas flutuando nas correntes de rocha liquefeita. Esse líquido subterrâneo, chamado magma, está sujeito ao movimento das células de convecção, assim como outros líquidos. As correntes de convecção no magma podem fazer com que as massas terrestres, chamadas placas tectônicas, subam ou colidam entre si. Isso pode resultar em erupções vulcânicas, terremotos e outras atividades sísmicas catastróficas.

O que é convecção?

Convecção é amplamente o movimento de qualquer molécula através de qualquer estado fluido, incluindo líquidos e gases.

É a principal forma de transferência de calor e massa na Terra e pode ser encontrada em muitos sistemas ao redor do mundo. Muitas pessoas estão familiarizadas com o aquecimento de alimentos ou de suas casas, e também desempenha um papel fundamental na criação das condições climáticas do planeta.

Existem dois tipos principais de convecção: forçada e natural.

A convecção forçada ocorre quando o meio que transfere o calor está se movendo por conta própria, como quando o ar é empurrado por um ventilador.

Nesse caso, o calor é liberado pelo movimento do ar do fluido, mas na verdade não está causando o movimento. Às vezes, a convecção forçada também é chamada de advecção de calor.

A convecção natural ocorre quando o meio que transfere o calor está sendo inspirado a se mover pelo próprio calor. Isso acontece tanto porque o meio se expande à medida que aquece, como no caso dos gases, como também porque a flutuabilidade faz com que o fluido mais quente suba. Este formulário também é conhecido como convecção livre.

Os dois tipos, forçados e naturais, ocorrem frequentemente ao mesmo tempo, onde o calor faz com que o fluido se mova um pouco, mas também se move por causa de alguma outra força. Nesse caso, é chamado de convecção mista.

A convecção forçada pode ser vista em muitos lugares do mundo, tanto em objetos feitos pelo homem quanto no mundo natural.

Por exemplo, um forno de convecção força o ar aquecido a circular pelo forno usando um ventilador.

Embora o ar possa se mover um pouco por si só, a força permite um desembolso uniforme de calor.

Dentro do corpo humano, o sistema circulatório é outro grande exemplo de convecção forçada. O sangue, entre seus muitos outros usos, atua como um agente de aquecimento e um agente de resfriamento para o corpo e é forçado através do sistema circulatório.

Convecção natural pode ser vista mais facilmente colocando algo acima de uma fonte de calor não ventilada, como um aquecedor de radiador. Como o ar diretamente acima do aquecedor é aquecido, ele aumenta porque é mais flutuante do que o ar frio ao seu redor. Se você colocar um pedaço de papel de seda acima do aquecedor, verá que ele é carregado pelo movimento natural do ar. Da mesma forma, em um líquido, você pode ver o mesmo efeito no trabalho, aquecendo um líquido colorido e colocando-o dentro de um líquido mais frio de uma cor diferente. O líquido quente subirá.

A convecção desempenha um papel fundamental na criação das correntes oceânicas e, assim, ajuda a regular os padrões climáticos em todo o mundo através de um sistema de convecção massivo. As correntes de água quente, aquecidas pelo sol, vão do equador para os pólos e, enquanto viajam, esfriam constantemente, ajudando-os a afundar. Uma vez lá, eles sobem e começam a se mover novamente, formando uma correia transportadora maciça que, em alguns casos, pode levar mais de 1.600 anos para concluir sua jornada.

O que é convecção forçada?

A convecção descreve o efeito do calor de fluidos ou gases em movimento em um objeto sólido. Na convecção forçada, o fluxo do fluido ou gás é aprimorado ou criado artificialmente.

Os ventiladores são uma maneira comum de forçar gases, enquanto as bombas são freqüentemente usadas com fluidos.

Convecção forçada geralmente funciona mais rapidamente do que a convecção padrão.

Um exemplo simples de convecção forçada seria derreter um cubo de gelo com água morna. Um cubo de gelo derreterá naturalmente em uma piscina imóvel de água morna.

A convecção natural faria com que a água ao redor do cubo de gelo se tornasse mais fria e menos eficiente em derreter o cubo de gelo à medida que o processo avança.

Se a água quente fosse forçada a atravessar o cubo de gelo continuamente, a água não esfriaria e o cubo de gelo derreteria muito mais rápido.

A eficiência da convecção de calor é determinada por vários fatores. Geralmente, quanto maior a área exposta da superfície a ser aquecida, mais difícil é aquecer. Portanto, o fluxo de gás ou fluido precisa ser ajustado de acordo.

Isso geralmente é realizado pela adição de uma fonte artificial para aumentar o fluxo de líquidos ou gases.

A velocidade do fluxo de convecção também é importante. Em geral, fluxos mais rápidos são mais eficientes. O vento frio é um bom exemplo dessa eficiência. Uma pessoa que está sob vento forte esfria mais rápido do que uma pessoa no ar estagnado, porque a pele quente está sendo exposta a um volume maior de ar frio dentro de um determinado período.

A diferença de temperatura também afeta a taxa na qual ocorre a convecção forçada. As superfícies expostas a uma corrente de convecção com uma temperatura muito mais alta aquecem mais rapidamente.

A convecção de calor diminui à medida que o objeto se aproxima da temperatura da corrente.

Fluidos e gases mais espessos são geralmente mais eficazes na transferência de calor. Isso é problemático, porque muitos gases e fluidos mais espessos exigem mais força para manter a velocidade efetiva em uma corrente de convecção. Também é preciso ter cuidado para que o fluido ou gases permaneçam móveis enquanto esfriam.

Embora o foco principal da convecção forçada seja frequentemente o objeto a ser aquecido ou resfriado, é importante lembrar que a transferência de temperatura ocorre nos dois sentidos.

Quando um fluxo de convecção está aquecendo um objeto, a temperatura mais baixa do objeto é transferida para o fluxo.

Determinar a mudança de temperatura no objeto e no fluxo é importante ao avaliar a eficiência do método de convecção forçada.

A análise de transferência de calor é realizada manualmente ou por software.

Existem muitas variáveis, mas existem duas principais indicações da eficácia de um método de conversão forçada.

A primeira indicação é o aumento da temperatura na superfície a ser aquecida.

A segunda indicação é a diferença de temperatura do fluxo de convecção antes e depois de ter passado sobre a superfície. Quanto maior a diferença, mais útil é o método de convecção.

Correntes de Convecção pode ser observado em pequena escala em uma xícara de café quente