CONVECÇÃO

      A transferência de calor por convecção ocorre quando há transmissão ou transferência de energia de um lugar para outro pelo deslocamento de meio material através de correntes que se estabelecem no interior do meio. Dois exemplos são o refrigerador e o aquecedor de água. A teoria matemática de convecção de calor é bastante complexa. Não há uma equação simples para a convecção, como a que existe para condução. Isto é devido ao fato do calor perdido ou ganho por uma superfície a uma temperatura em contato com um fluido a outra temperatura, depende de vários fatores, tais como se a superfície é plana ou curva, se a superfície é horizontal ou vertical, se o fluído em contato com a superfície é um líquido ou um gás, a densidade, viscosidade, calor específico, condutividade térmica do fluido, entre outros.

      Esse tipo de transferência de energia ocorre prioritariamente em meios fluidos (líquidos ou gases). Seu funcionamento é simples de entender, na verdade ele se dá por deslocamento de massas de fluído por diferença de densidades. Quando uma porção de fluido é aquecida seus átomos e moléculas começam a se mover mais rapidamente fazendo com que eles ocupem um espaço intermolecular maior. O fluido se expande e aumenta o seu volume por unidade de massa (diminui a densidade). Logo uma porção aquecida é "mais leve" e tende a subir, sendo substituída por uma quantidade de volume com menor temperatura e maior densidade. Esse processo se repete inúmeras vezes e daí surgem as correntes de convecção que mantém o fluido em circulação.

      Observe o que acontece no interior de um líquido fervendo:

      Assim torna-se fácil descrever o que acontece com a água sendo aquecida ou fervendo. A chama da fonte térmica aquece o fundo da jarra. A água que está em contato absorve energia térmica por condução. Assim ela aumenta a velocidade molecular e estas tornam-se espaçadas entre si mais do que anteriormente. Esse aumento gera um acréscimo no volume que torna a densidade menor. Essa porção aquecida fica mais leve que a circundante no interior, que toma o lugar desta pelas laterais. Formou-se assim uma nova rede de convecção.

      Os condicionadores e os refrigeradores também funcionam essencialmente por esse princípio. No refrigerador, por exemplo, a placa resfriadora fica na parte superior do refrigerador. No seu funcionamento o ar que está nas imediações da placa se resfria, diminuindo sua agitação molecular. Essa diminuição causa uma contração do ar. Diminuindo seu volume o ar fica mais denso e desce pelo interior do refrigerador de modo que resfria os produtos no seu interior. Dai é importante se observar que as prateleiras estejam sempre desobstruídas de modo que facilite o deslocamento da massa de ar no interior do refrigerador.  O ar quente que é mais denso, oriundo das trocas de energia com os alimentos, tem volume maior e menor densidade. Este migra para a parte alta do refrigerador entrando em contato com novamente com a placa resfriadora. Veja:

      Se você dedicar alguns minutos para pensar, verá que existem uma série de acontecimentos que envolvem a convecção, dentre eles o resfriamento de uma sala por um condicionador de ar, a subida de um balão na atmosfera, etc.

      Mas existe mais um caso interessante de se ver: o fenômeno da inversão térmica. Esse fenômeno pode ser observado em regiões de litoral. O sol aquece a água do mar e a areia da praia na mesma taxa, o que acontece porém, é que a areia durante o dia se torna bem mais quente que a temperatura da água do mar. Bom, isso faz com que haja uma massa de ar quente sobre a areia que tem a densidade diminuída e sobe pela atmosfera, enquanto isso a massa de ar mais fria que está em contato com a água do mar toma o lugar desta resultando numa brisa do mar para a areia. Quando chega a noite, a areia resfria mais rapidamente que a água do mar. Daí então o processo se inverte: a água está a uma temperatura mais alta que a areia. Assim a massa de ar que está sobre a água tende a subir na atmosfera e a massa de ar que estava sobre a areia, mais fria, ruma em direção ao mar, formando uma brisa oposta àquela vista durante o dia.

      Mas por que a areia e a água possuem variações de temperatura diferentes enquanto recebem a mesma quantidade de calor do Sol? Veja a seção de quantidade de calor sensível.

• GASPAR, A. Física. São Paulo, v.2, Ática, 2002.
• MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Física de olho no mundo do trabalho. São Paulo, Scipione, 2003.
• SEARS, F. W.; ZEMANSKY, M. W. Física: calor, ondas e óptica. Rio de Janeiro, Universidade de Brasília, 1973.