Guia do Educador para Convecção Guia do Educador para Convecção
Algumas vezes um único processo físico da natureza pode explicar uma variedade de eventos. A Convecção é um destes processos. Ela funciona por que fluidos aquecidos sobem, devido à sua densidade mais baixa, e fluidos resfriados descem. Um fluido aquecido irá subir ao topo de uma coluna, dissipar seu calor e então cair para ser aquecido, elevar-se, e assim por diante. Gases, tal qual nossa atmosfera, são fluidos também. Uma porção de fluido pode ser capturada neste ciclo. Quando isto ocorre, ela torna-se parte de uma célula de convecção.
Células de conveção podem formar-se em todos os tamanhos. Elas podem ter milímetros de diâmetro, ou serem maiores que a Terra. E todas elas funcionam da mesma forma. A convecção que os estudantes mais provavelmente podem ter observado está nas nuvens cúmulus nimbus. Estas grandes e verticais nuvens podem ser vistas desenvolvendo-se em poucos minutos. O topo das nuvens ganha a aparência do tipo de uma couve-flor, conforme o ar quente e úmido eleva-se através do centro da nuvem. A umidade no centro da nuvem condensa-se conforme esfria. O ar perde parte de seu calor para o ar frio das altitudes, e começa a descer.
Conforme o ar desce pelo exterior da nuvem, ele volta para altitudes mais baixas e aquecidas, onde ele pode ser capturado pela coluna ascendente de ar no centro da nuvem. Esta célula em forma de fonte pode formar-se junto com outras células, e uma porção de ar pode mover-se entre as células. Granizos formam-se quando gotas d'água, carregadas por fortes ascendentes, congelam, caem através da nuvem e são capturadas por ascendentes novamente. Uma camada adicional de água congela-se em volta da bola de gelo a cada viagem através da nuvem. Eventualmente, o granizo torna-se muito pesado para ser elevado novamente, e então cai ao solo. Grandes granizos, quando quebrados, mostram múltiplas camadas, identificando o número de viagems ascendentes que a pedra fez enquanto capturada pela célula de convecção.
Convecção também ocorre no Sol. Uma imagem de alta resolução em luz branca do Sol mostra uma formação que assemelha-se a grãos de arroz. Células de convecção muito grandes causam esta granulação. O centro brilhante de cada célula é o topo de uma coluna ascendente de gás quente. As bordas escuras de cada grão são os gases começando sua descida, para serem reaquecidos. Estas granulações são do tamanho da Terra, ou maiores. Elas desenvolvem-se e mudam constantemente.
Cúmulus nimbus e granulações são exemplos, em grande escala, de convecção. Felizmente, existem exemplos de convecção que cabem em uma sala de aulas. Um excelente exemplo pode ser visto na sopa quente Miso (massa de soja) japonesa.
O interior do caldo é quente. A superfície da sopa está exposta ao ar frio. Porções quentes de fluido elevam-se do interior da sopa para a superfície, onde elas perdem calor. Agora, resfriadas, elas descem para dentro da tigela, para serem reaquecidas. Deixada sozinha, a sopa irá dissipar seu calor desta forma (e através de condução, com os lados da tigela) e atingirá a tempetatura ambiente.
Os grãos de massa de soja e outros ingredientes vão destacar as células de convecção vívidamente. Conforme os estudantes observam sua sopa, eles irão ver as colunas ascendentes e descendentes do fluido. As células irão desenvolver-se e mudar suas posições. Tigelas de fundo escuro proporcioam o melhor efeito. Se a sopa é agitada, os estudantes podem observar as células formarem-se novamente. Naturalmente, o material de demonstração pode ser consumido ao término da demonstração.
Convecção age como descrito nos exemplos acima, onde os efeitos da gravidade estão presentes (tal que fluidos quentes, de baixa densidade podem subir, e fluidos frios, de alta densidade podem descer). O que acontece no espaço sem gravidade, onde 'para cima' e 'para baixo' não tem significado?
Traduzido para o Português por: Marcelo C. Galati, pela M&H-Consulting
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