A transferência de calor por convecção: naturais versus forçado

Video: Fenômenos de Transporte - Aula 10 - Transporte de calor por convecção

Graças à física, sabemos que a convecção pode ser natural, onde o calor sobe por conta própria, ou forçado, onde você controla o movimento do calor.

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Você pode ter ouvido a máxima “o calor sobe”, que é toda sobre a convecção. No entanto, uma indicação mais precisa é que “subidas dos fluidos quentes”. Em substâncias onde a convecção é livre para tomar lugar - isto é, em gases e líquidos - material mais quente naturalmente termina-se na parte superior e material de refrigerador termina na parte inferior por causa da maior flutuabilidade do material mais quente.

Se a sua casa tem dois andares, você muitas vezes acabam com o piso inferior sendo mais frio do que o piso superior. O ar quente sobe pela flutuabilidade (uma vez que é menos denso do que o ar mais frio), que acciona o convecção. Os físicos se referem a este tipo de convecção como convecção natural porque não é acionado externamente.

Para entender como funciona a convecção natural, olhar para a imagem microscópica. Qualquer substância é constituída por moléculas, partículas minúsculas que zip em torno a velocidades variáveis. Quando um gás ou líquido torna-se quente, as suas moléculas se movem mais rapidamente. Se você tem um elemento de aquecimento que os contatos da parte inferior da substância - como um fogão a lenha na parte inferior de uma sala ou um elemento fogão que é o aquecimento de uma chaleira de água - as moléculas de perto o elemento de aquecimento aquecer. moléculas mais quentes têm mais energia cinética e por isso pode fechar em torno rápido e atingiu outras moléculas mais difícil.

Porque eles se movem mais rápido e bater mais forte, as moléculas mais quentes fazem a substância em sua área imediata menos denso. Ou seja, eles têm mais energia com a qual a empurrar outras moléculas fora do caminho. As moléculas que foram atingidos também têm mais energia para empurrar outras moléculas fora do caminho, por isso, a substância nas imediações do elemento de aquecimento torna-se menos densa.

Uma unidade de volume de material que é menos denso pesa menos do que uma unidade de volume do material circundante, e, se esse material é um gás ou líquido, o material menos denso sobe. Porque o material mais denso tem mais de massa por volume, afunda-se sob a influência da gravidade.

Às vezes, a convecção natural é o oposto do que você quer. Com convecção forçada, você controla o movimento do fluido quente ou frio, muitas vezes utilizando um ventilador ou bomba.

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Por exemplo, pegue um quarto no dia de inverno frio. Porque o calor sobe, o ar mais quente na sala de deriva até o teto, enquanto o ar mais frio na sala se instala perto do fundo da sala, onde você está. Assim, com o tempo, todo o ar quente na sala de coleta perto do teto, e todo o ar frio recolhe perto do chão. Embora estivesse inicialmente bastante acolhedor, você pode agora estar ficando muito frio - tudo como resultado da convecção natural.

O que você pode fazer? Você pode ligar ventilador de teto do seu quarto no reverso! Os ventiladores de teto forçar o ar a circular, de modo que o ar quente próximo ao topo da sala se move para baixo. O ar mais quente no topo da sala agora acaba no fundo da sala, novamente, onde você está. Apenas certifique-se que você escolher uma velocidade baixa para que você não criar uma brisa.

Você encontra convecção forçada ao seu redor. Os fãs em um computador desktop, por exemplo, causa convecção forçada (e da falta de espaço para um ventilador em alguns computadores laptop tem causado muitos problemas de superaquecimento). Frigoríficos usar ventiladores para soprar calor, novamente contando com convecção forçada.