Corrente de convecção

Licenciatura em Física (UNESP, 2010)

A corrente de convecção é o movimento de massas fluidas que trocam suas posições devido a diferença de temperatura (ar frio e ar quente). Dessa forma, ela ocorre somente em fluidos, como vapor, gases e líquidos, não ocorrendo em sólidos e nem no vácuo, neste último porque não há matéria para o transporte.

O ar quente é caracterizado por moléculas que se movimentam de forma mais intensa, provocando uma separação maior entre elas, logo um maior volume e uma densidade menor. Já no ar frio, as moléculas não se movimentam tanto, ficando mais aglomeradas, fazendo com que o volume ocupado seja menor e a densidade maior.

Concluímos, do raciocínio acima, que a massa de ar quente é mais leve que a massa de ar frio, pelo fato da primeira ser menos densa que a segunda. Este fato resulta no fenômeno de trocas de posição da convecção, em que massas de ar quente tendem a subir e as de ar frio tendem a descer, por esta última pesar mais. Observe que não há passagem de energia de um corpo para o outro, apenas a troca de posição.

Alguns exemplos de convecção podem ser vistos no cotidiano. Uma água fervente, cujo fluido quente do fundo do recipiente sobe e o fluido frio desce, sendo aquecido pela chama também, que está mais próxima agora. O ar condicionado, que sempre é instalado na parte superior de uma sala, a fim de que o ar fique frio na parte superior tenha que descer e resfriar o resto da sala, enquanto o ar quente que sobe e é resfriado pelo aparelho. O mesmo com o aquecedor, mas sendo instalado na parte inferior, para que o ar quente mais leve suba e o frio na parte superior desça, sendo aquecido pelo aparelho. Veja a figura 1 a seguir:

Nas geladeiras notamos o efeito também. Com prateleiras feitas em grades para que haja a passagem de ar, facilitando a convecção, ainda observamos que o congelador fica na parte superior, forçando o ar quente na parte inferior a subir, pois o ar frio desce.

A convecção pode ocorrer de forma natural ou forçada.

Na forma forçada são utilizadas bombas, ventiladores, entre outros, como nos exemplos do ar condicionado, geladeira, aquecedor, citados acima.

Correntes de convecção criadas na água de uma chaleira no fogão. Ilustração: Fouad A. Saad / Shutterstock.com

No caso natural, basta os fenômenos naturais para que ocorra. Temos o exemplo da brisa do mar: a areia, com um calor específico menor que o da água, permite que ela fique quente mais rapidamente que a água durante o dia, e que também resfrie de forma mais rápida durante a noite. Isso resulta em uma brisa que vem do mar para a areia durante o dia, pois o ar quente da areia sobe, dando lugar a brisa do mar. E durante a noite, uma brisa que vai da areia para o mar, pois a areia resfriou mais rapidamente, e esta massa de ar frio precisa ocupar o lugar da massa de ar quente que sobe do mar.

Quanto ao meio ambiente, a convecção também tem papel importante. Nas grande metrópoles, os gases poluentes provenientes de fábricas, automóveis, entre outros poluidores, são lançados a altas temperaturas e tendem a subir, se espalhando na atmosfera. Contudo, em dias frios, a superfície terrestre está mais fria e estes gases tendem a resfriar também, permanecendo na superfície por serem mais densos que o ar atmosférico. Este fenômeno chama-se inversão térmica e traz sérios problemas respiratórios à população. Ventos e chuvas são essenciais para que este fenômeno se dissipe.

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