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transferência de calor é o ato físico da energia térmica sendo trocada entre dois sistemas por dissipação de calor. A temperatura e o fluxo de calor são os princípios básicos da transferência de calor. A quantidade de energia térmica disponível é determinada pela temperatura, e o fluxo de calor representa o movimento da energia térmica.numa escala microscópica, a energia cinética das moléculas é a relação direta com a energia térmica., À medida que a temperatura aumenta, as moléculas aumentam na agitação térmica manifestada em movimento linear e vibração. As regiões que contêm maior energia cinética transferem a energia para regiões com menor energia cinética. Simplificando, a transferência de calor pode ser agrupada em três grandes categorias: condução, convecção e radiação.
a imagem acima, fornecida pela NASA, destaca como todos os três métodos de transferência de calor (condução, convecção e radiação) funcionam no mesmo ambiente. a condução transfere calor através de colisão molecular directa., Uma área de maior energia cinética irá transferir energia térmica para uma área com menor energia cinética. Partículas de alta velocidade colidem com partículas de velocidade mais lenta. As partículas de velocidade mais lenta irão aumentar a energia cinética como resultado. A condução é a forma mais comum de transferência de calor e ocorre através de contato físico. Exemplos seriam colocar sua mão contra uma janela ou colocar metal em uma chama aberta.
o processo de condução de calor depende dos seguintes fatores: gradiente de temperatura, seção transversal do material, comprimento da trajetória e propriedades físicas do material., O gradiente de temperatura é a quantidade física que descreve a direção e a taxa de deslocamento de calor. O fluxo de temperatura sempre ocorrerá do mais quente ao mais frio ou, como indicado antes, maior a menor energia cinética. Uma vez que há equilíbrio térmico entre as duas diferenças de temperatura, a transferência térmica pára.
secção transversal e caminho de viagem ambos desempenham um papel importante na condução. Quanto maior o tamanho e comprimento de um objeto, mais energia é necessária para aquecê-lo. Quanto maior for a superfície exposta, mais calor se perde., Objetos menores com pequenas seções transversais têm perda de calor mínima.as propriedades físicas determinam quais materiais transferem melhor calor do que outros. Especificamente, o coeficiente de condutividade térmica dita que um material metálico irá conduzir o calor melhor do que o tecido quando se trata de condução. A seguinte equação calcula a taxa de condução:
Q = /d
onde Q = calor transferido por unidade de tempo; k = condutividade térmica da barreira; Um = de transferência de calor área; Thot = temperatura quente da região; Tcold = temperatura da região fria; e d = espessura da barreira.,
a modern of use of conduction is being developed by Dr. Gyung-Min Choi at the University of Illinois. O Dr. Choi usa corrente de rotação para gerar torque de transferência de rotação. Torque de transferência de Spin é a transferência do momento angular de spin gerado pelos elétrons de condução para a magnetização de um ferromagneto. Em vez de usar campos magnéticos, isso permite a manipulação de nanomagnets com correntes de spin., (Cortesia de Alex Jerez, Imaging Technology Group, The Beckman Institute)
convecção
Quando um fluido, como o ar ou um líquido, é aquecido e, em seguida, viaja para longe da fonte, ele carrega a energia térmica ao longo. Este tipo de transferência de calor é chamado de convecção. O fluido acima de uma superfície quente expande-se, torna-se menos denso e eleva-se.
a nível molecular, as moléculas expandem-se com a introdução da energia térmica. À medida que a temperatura do fluido aumenta, o volume do fluido deve aumentar pelo mesmo fator. Este efeito no fluido causa deslocamento., À medida que o ar quente sobe, empurra o ar mais denso e frio para baixo. Esta série de eventos representa como as correntes de convecção são formadas. A equação de convecção taxas é calculado da seguinte forma:
Q = hc · A · (Ts – Tf)
onde Q = calor transferido por unidade de tempo; hc = calor por convecção coeficiente de transferência; A = calor-transferência de área de superfície; Ts = temperatura da superfície; e Tf = temperatura do fluido.
um aquecedor de ambiente é um exemplo clássico de convecção., À medida que o aquecedor aquece o ar que o rodeia perto do chão, o ar vai aumentar em temperatura, expandir e subir para o topo da sala. Isto força o ar mais frio para que se aqueça, criando assim uma corrente de convecção.
radiação
radiação térmica gera a partir da emissão de ondas eletromagnéticas. Estas ondas transportam a energia para longe do objecto emissor. A radiação ocorre através de um vácuo ou qualquer meio transparente (sólido ou fluido). A radiação térmica é o resultado direto de movimentos aleatórios de átomos e moléculas na matéria., O movimento dos prótons e elétrons carregados resulta na emissão de radiação eletromagnética.todos os materiais irradiam energia térmica com base na sua temperatura. Quanto mais quente é um objecto, mais ele irradia. O sol é um exemplo claro de radiação de calor que transfere calor através do sistema solar. A temperaturas normais, os objectos irradiam como ondas infravermelhas. A temperatura do objeto afeta o comprimento de onda e frequência das ondas radiadas., À medida que a temperatura aumenta, os comprimentos de onda dentro do espectro da radiação emitida diminuem e emitem comprimentos de onda mais curtos com radiação de alta frequência. Radiação térmica é calculado utilizando-se a de Stefan-Boltzmann lei:
P = e · s · A · (Tr4 – Tc4)
onde P = líquido potência irradiada; A = irradiando área; Tr = temperatura do radiador; Tc = temperatura ambiente; e = emissividade; e σ = constante de Stefan.a emissividade para um radiador ideal tem um valor de 1. Os materiais comuns têm valores de emissividade mais baixos. Alumínio anodizado tem um valor de emissividade de 0.,9 enquanto o cobre é de 0,04.
célula Solar ou célula fotovoltaica, converte a energia da luz em eletricidade através do efeito fotovoltaico. A luz é absorvida e excita o eletrocon a um estado de energia mais elevado e o potencial elétrico é produzido pela separação das cargas. A eficiência dos painéis solares aumentou nos últimos anos. De fato, aqueles que atualmente estão sendo produzidos pela SolarCity, uma empresa co-fundada por Elon Musk, são de 22%. a emissividade é definida como a eficácia de um objeto em emitir energia como radiação térmica., É a razão, a uma dada temperatura, da radiação térmica de uma superfície para a radiação de uma superfície Negra ideal, como determinado pela lei Stefan-Boltzmann. A constante de Stefan é determinada por constantes da natureza. O valor da constante é o seguinte: