Inicialmente, definiremos o conceito de calor. Calor é energia em trânsito de um corpo para o outro, trânsito este provocado por uma diferença de temperatura entre os corpos.
Calor é medido no SI em J (Joule). Usualmente utiliza-se a cal (caloria), tal que: 1 cal=4,186J. Uma caloria é a quantidade de calor necessário para elevar uma grama de água pura de 14,5ºC para 15,5ºC. O calor(quantidade de energia térmica) é positivo (Q>0) quando um corpo recebe energia térmica e negativo (Q<0) quando perde.
Resumidamente vimos que a transferência de calor ocorre somente pela diferença de temperatura entre corpos, e que o fluxo de calor ocorre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
Definiremos agora os três tipos de propagação de calor e suas características.
Condução
A condução de calor é característica dos sólidos, é caracterizada por um processo em que a energia térmica flui de partícula para partícula. Imaginemos o seguinte (vide figura 1 abaixo), aquecendo a extremidade de uma barra metálica, observamos a queda dos pregos sucessivamente “um por um” , ou seja a queda dos pregos se dá ordenadamente no sentido da condução de calor através de uma fonte térmica ao longo da barra. Poderíamos também segurar um barra qualquer em uma extremidade e aquecermos a outra extremidade (vide figura 2 abaixo), veríamos que não teríamos como segurar essa barra sem uma luva protetora (isolante), pois o calor flui em toda a barra espontaneamente. Resumidamente, esse fenômeno citado acima ocorre, pois, a extremidade que é aquecida faz com que suas moléculas (da extremidade) ganhem maior energia térmica ficando mais “agitadas” e vibrando em torno de sua posição de equilíbrio, de modo que essa molécula colida com a molécula seguinte. Essa próxima molécula recebe energia térmica colide com uma próxima molécula e assim sucessivamente.
Figura 1.
Figura 2.
Vale ressaltar que a existência da condução térmica depende de um meio material não ocorrendo no vácuo.
A transmissão de calor por condução entre dois pontos é definido pela Lei de Fourier (estando as temperaturas em regime permanente). Algebricamente temos:
Onde:
O fluxo de calor é proporcional a área da secção transversal da barra e a diferença de temperatura entre os extremos da barra é inversamente proporcional ao comprimento da barra.
K= condutividade térmica do material da barra
Convecção Térmica
É o processo de propagação de calor que ocorre exclusivamente nos fluidos (líquidos e gases) devido a uma diferença de densidade entre as partes que compõe o sistema. O exemplo clássico é o que ocorre na geladeira, o congelador é colocado na parte superior uma vez que o ar quente sendo menos denso sobe e é resfriado pelo congelador, saí então o ar frio que sendo mais denso desce (como se o ar frio empurrasse o ar quente para o congelador) formando assim as correntes de convecção.
Irradiação Térmica
É a transmissão de calor que ocorre através de ondas eletromagnéticas, principalmente na forma de infravermelha. É o único processo de propagação de calor que pode ocorrer no vácuo.