Tipos de transferência de calor: coeficiente de transferência de calor

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Qualquer corpo material tem uma característica como calor, que pode aumentar e diminuir. O calor não é uma substância material: como parte da energia interna de uma substância, surge como resultado do movimento e interação das moléculas. Como o calor de diferentes substâncias pode diferir, existe um processo de transferência de calor de uma substância mais quente para uma substância com menos calor. Este processo é chamado de transferência de calor. Consideraremos os principais tipos de transferência de calor e os mecanismos de sua ação neste artigo.

Determinação da transferência de calor

A transferência de calor, ou o processo de transferência de temperatura, pode ocorrer tanto no interior da matéria quanto de uma substância para outra. Ao mesmo tempo, a intensidade da transferência de calor depende em grande parte das propriedades físicas da matéria, da temperatura das substâncias (se várias substâncias participam da transferência de calor) e das leis da física. A transferência de calor é um processo que sempre ocorre unilateralmente. O princípio principal da transferência de calor é que o corpo mais quente sempre libera calor para um objeto com temperatura mais baixa. Por exemplo, ao passar roupas, um ferro quentedá calor às calças, e não vice-versa. A transferência de calor é um fenômeno dependente do tempo que caracteriza a distribuição irreversível de calor no espaço.

Mecanismos de transferência de calor

Os mecanismos de interação térmica de substâncias podem assumir diferentes formas. Existem três tipos de transferência de calor na natureza:

1. A condutividade térmica é um mecanismo de transferência de calor intermolecular de uma parte do corpo para outra ou para outro objeto. A propriedade é baseada na não homogeneidade da temperatura nas substâncias em consideração.
2. Convecção - troca de calor entre meios fluidos (líquido, ar).
3. A ação da radiação é a transferência de calor de corpos aquecidos e aquecidos (fontes) devido à sua energia na forma de ondas eletromagnéticas com um espectro constante.

Vamos considerar os tipos listados de transferência de calor com mais detalhes.

Condutividade térmica

Na maioria das vezes, a condutividade térmica é observada em sólidos. Se, sob a influência de qualquer fator, áreas com temperaturas diferentes aparecerem na mesma substância, a energia térmica de uma área mais quente passará para uma fria. Em alguns casos, esse fenômeno pode até ser observado visualmente. Por exemplo, se pegarmos uma haste de metal, digamos, uma agulha, e a aquecermos no fogo, depois de algum tempo veremos como a energia térmica é transferida através da agulha, formando um brilho em uma determinada área. Ao mesmo tempo, em um local onde a temperatura é mais alta, o brilho é mais forte e, inversamente, onde t é mais baixo, mais escuro. A condução de calor também pode ser observada entre dois corpos (uma caneca de chá quente e uma mão)

A intensidade da transferência do fluxo de calor depende de muitos fatores, cuja proporção foi revelada pelo matemático francês Fourier. Esses fatores incluem principalmente o gradiente de temperatura (a razão da diferença de temperatura nas extremidades da haste para a distância de uma extremidade à outra), a área da seção transversal do corpo e o coeficiente de condutividade térmica (é diferente para todas as substâncias, mas o mais alto é observado em metais). O coeficiente de condutividade térmica mais significativo é observado em cobre e alumínio. Não é de surpreender que esses dois metais sejam mais usados na fabricação de fios elétricos. Seguindo a lei de Fourier, o fluxo de calor pode ser aumentado ou diminuído alterando um desses parâmetros.

Tipos de transferência de calor por convecção

A convecção, característica principalmente de gases e líquidos, tem dois componentes: condutividade térmica intermolecular e movimento (distribuição) do meio. O mecanismo de ação da convecção ocorre da seguinte forma: com o aumento da temperatura de uma substância fluida, suas moléculas começam a se mover mais ativamente e, na ausência de restrições espaciais, o volume da substância aumenta. A consequência desse processo será uma diminuição na densidade da substância e seu movimento ascendente. Um exemplo notável de convecção é o movimento do ar aquecido por um radiador de uma bateria para o teto.

Distinguir entre os tipos de transferência de calor por convecção livre e forçada. A transferência de calor e o movimento de massa no tipo livre ocorrem devido à heterogeneidade da substância, ou seja, o líquido quente se eleva acima do frio naturalsem ser influenciado por forças externas (por exemplo, aquecimento de uma sala com aquecimento central). Com a convecção forçada, o movimento da massa ocorre sob a influência de forças externas, por exemplo, mexendo o chá com uma colher.

Transferência de calor radiante

A transferência de calor radiante ou radiativa pode ocorrer sem contato com outro objeto ou substância, portanto, é possível mesmo em um espaço sem ar (vácuo). A transferência de calor radiativa é inerente a todos os corpos em maior ou menor grau e se manifesta na forma de ondas eletromagnéticas de espectro contínuo. Um bom exemplo disso é o sol. O mecanismo de ação é o seguinte: o corpo irradia continuamente uma certa quantidade de calor para o espaço ao seu redor. Quando essa energia atinge outro objeto ou substância, parte dela é absorvida, a segunda parte passa e a terceira parte é refletida no meio ambiente. Qualquer objeto pode irradiar calor e absorver, enquanto as substâncias escuras são capazes de absorver mais calor do que as claras.

Mecanismos combinados de transferência de calor

Na natureza, os tipos de processos de transferência de calor raramente são encontrados separadamente. Muito mais frequentemente eles podem ser vistos juntos. Na termodinâmica, essas combinações ainda têm nomes, por exemplo, condutividade térmica + convecção é transferência de calor convectiva, e condutividade térmica + radiação térmica é chamada de transferência de calor radiativo-condutiva. Além disso, existem tipos combinados de transferência de calor como:

• Dissipação de calor -o movimento de energia térmica entre um gás ou líquido e um sólido.
• Transferência de calor é a transferência de t de uma matéria para outra através de um obstáculo mecânico.
• A transferência de calor radiante por convecção é formada pela combinação de convecção e radiação térmica.

Tipos de transferência de calor na natureza (exemplos)

A transferência de calor na natureza desempenha um grande papel e não se limita ao aquecimento do globo pelos raios do sol. Extensas correntes de convecção, como o movimento das massas de ar, determinam em grande parte o clima em todo o nosso planeta.

A condutividade térmica do núcleo da Terra leva ao aparecimento de gêiseres e à erupção de rochas vulcânicas. Estes são apenas alguns exemplos de transferência de calor em escala global. Juntos, eles formam os tipos de transferência de calor convectiva e radiativa-condutiva de transferência de calor necessária para sustentar a vida em nosso planeta.

O uso da transferência de calor em atividades antropológicas

O calor é um componente importante de quase todos os processos de produção. É difícil dizer que tipo de troca de calor é mais utilizado pelo homem na economia nacional. Provavelmente os três ao mesmo tempo. Os processos de transferência de calor são usados para fundir metais, produzindo uma vasta gama de produtos, desde itens de uso diário até naves espaciais.

Extremamente importantes para a civilização são as unidades térmicas capazes de converter energia térmica em energia útil. Dentreeles podem ser chamados de gasolina, diesel, compressor, turbinas. Para seu trabalho, eles usam diferentes tipos de transferência de calor.