12 Exemplos de Energia Térmica na Vida Cotidiana
Energia térmica refere-se à energia possuída por um objecto devido aos movimentos de partículas dentro do objecto. É a energia cinética interna do objeto, que vem dos movimentos aleatórios das moléculas e átomos do objeto.
Enquanto moléculas e átomos que compõem a matéria se movem o tempo todo, quando um objeto aquece, o aumento da temperatura faz com que essas partículas se movam mais rapidamente e colidam umas com as outras. Quanto mais rápido estas partículas se movem, maior é a energia térmica do objeto.
Pode ser escrito matematicamente como o produto da constante de Boltzmann (kB) e a temperatura absoluta (T).
Energia térmica = kBT
O termo “energia térmica” também pode ser aplicado à quantidade de calor transferido ou energia transportada pelo fluxo de calor.
A energia térmica (ou energia térmica) pode ser transferida de um corpo para outro através de três processos –
- Condução: é a forma mais comum de transferência de calor, que ocorre através do contacto físico: As transferências internas de energia devido às colisões microscópicas de partículas e movimento de elétrons dentro de um corpo.
- Convecção: é a transferência de calor de uma região para outra pelo movimento de fluidos, como líquidos e gases.
- Radiação: é a transmissão de energia na forma de partículas ou ondas através do espaço ou de um meio. Quanto mais quente o objeto, mais irradiará energia térmica.
Para melhor explicar este fenômeno, reunimos alguns dos melhores exemplos de energia térmica que você vê na vida cotidiana.
Energia solar
Tipo de transferência de calor: Radiação
>
O Sol é uma esfera quase perfeita de plasma quente que converte hidrogênio em hélio através de bilhões de reações químicas, que eventualmente produzem uma quantidade intensa de calor.
>
Em vez de ficar perto do Sol, o calor irradia longe da estrela e para o espaço. Uma pequena parte desta energia (calor) chega à Terra sob a forma de luz. Ela contém principalmente luz infravermelha, visível, e ultravioleta. A transferência de energia térmica desta forma é chamada radiação térmica.
Enquanto parte da energia térmica atravessa a atmosfera da Terra e chega ao solo, parte dela é bloqueada por nuvens ou refletida por outros objetos. A luz solar que chega à superfície da Terra aquece-a.
De acordo com a Universidade de Oregon, a Terra inteira recebe uma média de 164 Watts por metro quadrado durante um dia de 24 horas. Isto significa que todo o planeta recebe 84 Terawatts de potência.
Fusão de gelo
>
>
>
>
Tipo de transferência de calor: Convecção
>
Energia do calor flui sempre de regiões de temperatura mais alta para regiões de temperatura mais baixa. Por exemplo, quando você adiciona cubos de gelo à sua bebida, o calor move-se do líquido para os cubos de gelo.
A temperatura do líquido cai à medida que o calor transfere da bebida para o gelo. O calor continua a mover-se para a área mais fria da bebida até alcançar um equilíbrio. Esta perda de calor faz com que a temperatura da bebida desça a pique.
Células de combustível
Célula de combustível que toma hidrogênio e oxigênio como entrada
Transferência de calor: Depende do tipo de célula a combustível
Células a combustível são dispositivos electroquímicos que convertem a energia química de um combustível e gás oxidante em energia eléctrica. Quando uma célula a combustível funciona, uma quantidade significativa de entrada é utilizada para gerar energia eléctrica, mas a parte restante é transformada em energia térmica, dependendo do tipo de célula a combustível.
O calor produzido ao longo deste processo é aproveitado para aumentar a eficiência energética. Teoricamente, as células a combustível são muito mais eficientes energeticamente do que os processos convencionais: se o calor desperdiçado for capturado num esquema de cogeração, podem ser obtidas eficiências de até 90%.
Energia Geotérmica
Tipo de transferência de calor: Convecção Mantle
>
A energia geotérmica é o calor derivado dentro da sub-superfície da Terra. Está contida nos fluidos e rochas sob a crosta terrestre e pode ser encontrada nas profundezas da rocha fundida quente da Terra, magma.
>
É produzida a partir da decadência radioactiva dos materiais e da contínua perda de calor da formação do planeta. A temperatura e pressão no limite do núcleo pode atingir mais de 4000°C e 139 GPa, fazendo com que algumas rochas derretam e o manto sólido se comporte plasticamente.
Isso resulta em porções do manto convectando-se para cima (já que a rocha derretida é mais leve que a rocha sólida ao redor). Vapor e/ou água transportam a energia geotérmica para a superfície do planeta, de onde ela pode ser utilizada para arrefecimento e aquecimento, ou pode ser aproveitada para produzir electricidade limpa.
Energia do Calor no Oceano
Tipo de transferência de calor: Convecção e Condução
>
Durante décadas, os oceanos absorveram mais de 9/10º do excesso de calor da atmosfera devido às emissões de gases de efeito estufa. De acordo com um estudo, o oceano tem aquecido a uma taxa de 0,5 a 1 watt de energia por metro quadrado durante os últimos dez anos.
Os oceanos têm um potencial incrível para armazenar energia térmica. Como as suas superfícies estão expostas à luz solar directa durante períodos prolongados, existe uma enorme diferença entre as temperaturas das regiões marinhas de águas rasas e profundas.
Esta diferença de temperatura pode ser utilizada para fazer funcionar um motor térmico e gerar electricidade. Este tipo de conversão de energia, conhecida como conversão de energia térmica oceânica, pode operar continuamente e pode suportar várias indústrias spin-off.
Fogão solar
Tipo de transferência de calor: Radiação e Condução
Um fogão solar é um aparelho de baixa tecnologia e barato que utiliza a energia da luz solar directa para aquecer, cozinhar ou pasteurizar bebidas e outros materiais alimentares. Num dia de sol, pode atingir uma temperatura de até 400°C.
Todos os fogões solares funcionam segundo três princípios básicos:
- Concentrar a luz solar: O aparelho contém uma superfície espelhada para concentrar a luz do Sol em uma pequena área de cozimento.
- Converter a energia da luz em energia térmica: Quando a luz cai sobre um material receptor (recipiente de cozedura), converte a luz em calor, e isto é o que chamamos de condução.
- Apanhar a energia do calor: Uma tampa de vidro isola o ar dentro do fogão do ar exterior, minimizando a convecção (perda de calor).
Rubbing Your Hand Together
Tipo de transferência de calor: Condução
>
Quando você esfrega as mãos juntas, o atrito transforma a energia mecânica em energia térmica. A energia mecânica refere-se ao movimento das suas mãos.
Desde que o atrito ocorre devido à atracção electromagnética entre partículas carregadas em duas superfícies em contacto, esfregar as mãos juntas resulta na troca de energia electromagnética entre as moléculas das nossas mãos. Isto leva à excitação térmica das moléculas das nossas mãos, que acaba por produzir energia sob a forma de calor.
Motor de calor
Tipo de transferência de calor: Convecção
>
Um motor de calor converte energia térmica em energia mecânica, que pode então ser usada para fazer trabalho mecânico. O motor tira a energia do calor (em relação ao ambiente) e a transforma em movimento.
Dependente do tipo de motor, são aplicados diferentes processos, como a utilização da energia dos processos nucleares para gerar calor (urânio) ou a queima do combustível através da combustão (carvão ou gasolina). Em todos os processos, o objetivo é o mesmo: converter calor em trabalho.
Exemplos diários de motores térmicos incluem uma locomotiva a vapor, um motor de combustão interna e uma central térmica. Todos eles são movidos pela expansão de gases aquecidos.
Vela de queima
Tipo de transferência de calor: Condução, Convecção, Radiação
Candles make light by producing heat. Elas convertem energia química em calor. A reação química é chamada combustão, onde a cera de vela reage com oxigênio no ar e faz um gás incolor chamado dióxido de carbono juntamente com uma pequena quantidade de vapor.
O vapor é produzido na parte azul da chama, onde a cera queima limpa com muito oxigênio. Mas como a cera não queima perfeitamente, eles também produzem um pouco de fumaça (aerossol) na parte amarela e brilhante da chama.
>
O processo é feito através do pavio que absorve a cera e queima para produzir luz e energia térmica.
Torradeiras elétricas
Tipo de transferência de calor: Radiação térmica
>
Uma torradeira eléctrica absorve energia eléctrica e converte-a em calor de forma muito eficiente. Consiste em filas de fios finos (filamentos) que são espaçados o suficiente para torrar toda a superfície do pão.
Quando a electricidade flui através do fio, a energia é transferida de uma extremidade para a outra. Esta energia é transportada por elétrons. Ao longo do processo, os electrões colidem uns com os outros e com os átomos do fio metálico, libertando calor. Quanto maior a corrente eléctrica e mais fino o fio, mais colisões ocorrem e mais calor é produzido.
Sistemas modernos de aquecimento doméstico
>
>
Tipo de transferência de calor: Convecção
>
Dois tipos comuns de sistemas de aquecimento instalados em edifícios são sistemas de aquecimento a ar quente e a água quente. O primeiro utiliza energia térmica para aquecer o ar e depois circula através de um sistema de condutas e registos. O ar quente sopra das condutas e circula pelos quartos, empurrando o ar frio para fora do caminho.
O segundo utiliza a energia térmica para aquecer a água e depois bombeia-a por todo o edifício num sistema de condutas e radiadores. O radiador quente irradia a energia térmica para o ar ao redor. O ar quente move-se então através dos quartos em correntes de convecção.
>
Leia: 10 Melhores Exemplos de Energia Cinética
CPUs e Outros Componentes Eléctricos
>
Um dissipador de calor arrefecido por ventilador no processador
Tipo de transferência de calor: Convecção e Condução
CPU, GPU e sistema num chip dissipam energia sob a forma de calor devido à resistência nos circuitos electrónicos. GPUs em laptops/desktops consomem e dissipam significativamente mais energia do que processadores móveis devido à sua maior complexidade e velocidade.
Ler: 14 Melhores Exemplos de Convecção com Simples Explicação
Vários tipos de sistemas de resfriamento são usados para manter os microprocessadores em temperaturas ideais. Um sistema convencional de resfriamento da CPU de mesa, por exemplo, é projetado para dissipar até 90 watts de calor sem exceder a temperatura máxima de junção para a CPU da mesa.