Barra entre a chama e o gelo
–A lateral da barra é isolada: o calor só anda de uma ponta à outra. As bolinhas são as partículas do material; quanto mais quentes, mais vibram e passam a agitação adiante. O derretimento do gelo está acelerado 60×.
Temperatura ao longo da barra
Depois de um tempo, a temperatura cai em linha reta da ponta quente até a fria. Essa queda ΔT ÷ L é o que empurra o calor.
Mesma barra, outros materiais
Lei de Fourier
O fluxo de calor cresce com a condutividade k do material, com a área A da seção e com a diferença de temperatura ΔT. Barra mais comprida (L maior) deixa passar menos calor.
Por que o metal parece mais frio
A maçaneta e a porta de madeira estão na mesma temperatura. O metal parece mais frio porque tira calor da mão muito mais depressa. O tato sente o fluxo de calor, não a temperatura.
Para levar pra prova
Condução precisa de contato e acontece sem transporte de matéria: as partículas só passam a agitação adiante.
Metais conduzem bem por causa dos elétrons livres. Isopor, lã, madeira e ar parado são isolantes.
Cobertor não esquenta: ele só atrapalha o calor do corpo de sair.
Onde instalar o aparelho?
–As bolinhas são porções de ar, coloridas pela temperatura. Ar quente é menos denso e sobe; ar frio é mais denso e desce. O tempo está acelerado.
Temperatura × altura
Linha em pé: a sala está misturada, mesma temperatura em toda altura. Linha deitada: o ar ficou em camadas.
O que está acontecendo
Convecção é transporte
Diferente da condução, na convecção a matéria se move. O ar aquecido se dilata, fica menos denso e sobe; o ar frio, mais denso, desce e toma o lugar. Forma-se uma corrente que circula pela sala.
Quente embaixo, frio em cima
Assim a corrente de convecção se forma e mistura o ar todo. Pelo mesmo motivo, o congelador das geladeiras antigas fica em cima e as prateleiras são vazadas, para o ar frio descer.
Para levar pra prova
Convecção só acontece em fluidos (líquidos e gases) e depende da gravidade.
A água da panela esquenta por convecção: a de baixo aquece e sobe, a fria desce.
No espaço, sem peso, a chama da vela fica redonda: não há convecção.
Praia ao longo de um dia
–Areia e mar recebem o mesmo sol. A água tem calor específico cerca de 5 vezes maior que o da areia, então esquenta e esfria bem mais devagar.
Temperatura da areia e do mar × hora
Por que o vento muda de lado
Calor específico
Com o mesmo calor recebido, quem tem c maior varia menos de temperatura. A água (c = 1 cal/g·°C) quase não muda ao longo do dia; a areia (c ≈ 0,2 cal/g·°C) esquenta e esfria depressa.
Brisa marítima e terrestre
De dia a areia fica mais quente: o ar sobre ela sobe e o ar do mar vem ocupar o lugar (brisa marítima). À noite a areia esfria mais que o mar e a brisa inverte: sopra da terra para o mar.
Para levar pra prova
A brisa é convecção em grande escala, causada pela diferença de calor específico entre a água e a terra.
Cidades do litoral variam menos de temperatura ao longo do dia que cidades do interior.
As nuvens de fim de tarde se formam onde o ar quente sobe, sobre a terra.
Três latas com água ao sol
–Setas amarelas: luz do Sol chegando e sendo refletida. Setas vermelhas: radiação infravermelha que cada lata emite. O tempo está acelerado 60×.
Temperatura das latas × tempo
Ganhos e perdas da lata preta
Radiação não precisa de meio
Todo corpo emite ondas eletromagnéticas, e emite mais quanto mais quente está. É assim que o calor do Sol atravessa 150 milhões de km de espaço vazio.
Bom absorvedor é bom emissor
Superfície escura absorve quase toda a luz e esquenta mais ao sol. À noite, essa mesma lata é a que esfria mais depressa: quem absorve bem também emite bem. Superfície clara ou espelhada reflete.
Para levar pra prova
Estufa e carro fechado: o vidro deixa a luz entrar, mas segura o infravermelho que os objetos emitem, e o ar quente não sai.
Roupa clara no verão; coletor solar pintado de preto.
Efeito estufa na Terra: CO₂ e vapor d'água seguram parte do infravermelho que o chão emite.
Garrafa térmica em corte
–Desligue uma proteção de cada vez e veja qual caminho do calor se abre. O tempo está acelerado: 1 segundo na tela são 10 minutos.
Temperatura × tempo
Por onde o calor passa agora
Vácuo e espelho
Sem matéria entre as paredes, não há partículas para passar a agitação (condução) nem ar para circular (convecção). As faces espelhadas refletem o infravermelho de volta.
A tampa
Com a boca aberta, o ar quente e o vapor saem por cima e levam muito calor. A tampa de plástico ou cortiça conduz pouco.
Para levar pra prova
A garrafa térmica não esquenta nem esfria nada: ela só atrapalha a troca de calor com o ambiente.
Por isso funciona igual para café quente e para água gelada.
Nenhuma garrafa é perfeita: um pouco de calor sempre passa pelo gargalo e pela tampa.