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O que é a propagação do calor por convecção?
É a propagação do calor da região quente para a região fria transportado pelas partículas do meio.
Em que meios materiais o calor se propaga por convecção?
Nos meios líquidos e gasosos.
Qual é a causa das correntes de convecção?
Sabemos que dois fluidos (substâncias no estado líquido ou gasoso) de massas específicas diferentes atingirão uma posição de equilíbrio quando o fluido de menor massa específica estiver acima do fluido de maior massa específica
Sabemos também que uma substância ao se aquecer aumenta de volume e conseqüentemente diminui de volume.
Consideremos um mesmo fluido, em equilíbrio, no interior de um recipiente.
A figura mostra o fluido quente de menor massa específica na parte alta do recipiente e o frio de maior massa específica na parte baixa.
Quando aquecemos um recipiente contendo um fluido, pela parte baixa, o fluido quente sobe e o frio desce formando as correntes de convecção.
Quando aquecemos um fluido na sua parte superior, o calor se propaga por convecção?
Não, uma vez que o fluido aquecido e portanto de menor massa específica já está na parte mais alta, correspondendo a uma situação de equilíbrio.
O aquecimento de um fluido pela sua parte superior é eficiente?
Não.
Sabemos que nesta situação não há convecção, a propagação se fará por condução, e como os fluidos de um modo geral são maus condutores de calor, este aquecimento será muito lento e pouco eficiente.
Num refrigerador comum as prateleiras podem ser maciças?
Não.
No interior dos refrigeradores o calor se propaga por convecção, com o ar frio descendo e o ar quente subindo. As prateleiras maciças impediriam estas correntes de convecção.
O congelador de um refrigerador pode ficar na parte baixa do gabinete?
Não.
Nesta situação do congelador, o ar frio seria obtido na parte baixa do interior do gabinete, correspondendo a uma situação de equilíbrio. Não havendo a convecção o calor seria propagado
por condução de forma lenta e pouco eficiente.
Quando a temperatura ambiente se resfria até valores abaixo de 0oC, por que motivo as águas profundas dos rio, lagos e mares, permanecem à 4oC?
Sabemos que a água líquida tem uma dilatação anômala, assumindo uma massa específica máxima aos 4oC, como mostra a figura.
Quando
o ambiente a uma temperatura superior a 4oC começa a se resfriar, a água superficial, mais fria, desce em virtude de sua maior massa específica. As correntes de convecção, assim formadas, tendem a uniformizar a temperatura da água.
O gráfico da figura nos mostra que o resfriamento da água de T1 para T2 acarreta um aumento da massa específica da água. A água fria, de maior massa específica, desce resfriando a parte profunda, conforme mostram as figuras.
Este resfriamento ocorre até 4oC. Neste momento a água se resfriando para uma temperatura T3 a massa específica também diminuirá. A água fria, superficial, de menor massa específica, estará
em situação de equilíbrio e não formará correntes de convecção.
O resfriamento do ambiente a valores inferiores a 0oC irá solidificar a água superficial. O gelo de menor massa específica que a água líquida será mantido na superfície. Como o gelo é mau condutor de calor ele irá isolar termicamente a água profunda do meio ambiente.
Desta forma a água profunda se manterá a uma temperatura de 4oC.
Como são dissipados naturalmente os agentes poluidores gasosos nas grandes cidades?
Os agentes poluidores gasosos são misturados com o ar quente das baixas camadas aquecidas pelo contato com o solo. Este ar quente, de menor massa específica, sobe formando uma corrente de convecção dissipando os agentes poluidores nas altas camadas atmosféricas.
Em que consiste o fenômeno da inversão térmica?
No inverno o solo, com temperatura reduzida, resfria as camadas mais baixas do ar que está misturado com agentes poluidores. Esta mistura gasosa à baixa temperatura e portanto de massa específica elevada não sobe, uma vez que está na sua posição de equilíbrio. Não havendo correntes de convecção não haverá dissipação dos agentes poluidores que permanecem nas baixas camadas atmosféricas.