Calor

Quando existe transferência de energia de um corpo a uma temperatura superior para uma temperatura inferior, essa transferência de energia é chamada de calor.

Este modo de transferência de energia pode ocorrer de três maneiras diferentes:

Condução;

Convecção;

Radiação.

Estes processos podem ocorrer ao mesmo tempo num mesmo sistema (Figura 1).

Durante essa transferência, num dos sistemas funciona como fonte de energia e o outro como recetor de energia.

A quantidade de energia transferida para um sistema depende da massa desse sistema, da substância de que é constituído e da variação de temperatura que ocorre durante a transferência.

Calórico

A ideia, que perdurou até ao séc. XIX, era que o calor seria um fluido, invisível e sem cheiro, o calórico, que passava de corpo para corpo.

Um corpo a alta temperatura teria muito calórico enquanto que um corpo a baixa temperatura teria pouco calórico!

A unidade de medida desse fluido era a caloria.

Caloria - Energia necessária para aquecer 1 g de água de 14,5 ºC para 15,5 ºC.

Condução

Acontece devido à proximidade entre partículas a temperaturas diferentes, que interagem.

A energia das partículas a maior temperatura (maior energia cinética) é transferida por contacto às partículas com menor temperatura (menor energia cinética) (Figura 2).

Para que a condução aconteça é necessário que as partículas estejam suficientemente próximas para que possam sentir as vibrações umas das outras – é o processo que ocorre nos sólidos.

Convecção

Nos líquidos e nos gases (fluidos) as partículas apresentam maior liberdade de movimento do que nos sólidos.

As partículas podem alterar as suas posições espaciais!

Na convecção há transferência de energia de um local para outro devido às movimentações das partículas a maior e menor temperatura, através de correntes de convecção (Figura 3). As correntes de convecção ocorrem por diferenças de densidade.

Correntes de convecção

A partir da Figura 3:

1 - A fonte de energia fornece energia ao sistema (líquido).

2 - A porção de matéria sujeita ao aquecimento aumenta a sua temperatura o que provoca o aumento do volume dessa matéria (mas a mesma porção de matéria continua com mesma massa).

3 - A densidade dessa porção de matéria diminui o que provoca um movimento ascendente (substâncias com menor densidade ficam por cima de substâncias com maior densidade).

4 - Neste movimento a matéria afasta-se da fonte de aquecimento, arrefecendo, provocando o efeito contrário (diminuição de temperatura, aumento da densidade).

5 - A porção de matéria, agora com a densidade superior (está a menor temperatura do que na situação 2), inicia um movimento descendente.

Este ciclo, a que se chama corrente de convecção, vai-se repetindo enquanto houver fonte de energia.

Radiação

A radiação é um dos meios de transmissão de energia, através de ondas eletromagnéticas.

Uma das suas características é a de não necessitar de meio material para se propagar.

Todos os materiais com temperatura superior a 0 K emitem radiação.

Irradiância

É uma medida da quantidade de energia, por unidade de tempo, que atinge uma unidade de área.

Relacionando a potência com a área do objeto que recebe a radiação:

$$E_{r}=\frac{P}{A}$$

em que:
\(E_{r}\) – irradiância (W m^-2)
\(P\) – potência irradiada (W)
\(A\) – área (m²)