Qual é a conexão entre radiação, convecção e condução?

Radiação, convecção e condução são três maneiras diferentes pelas quais o calor pode ser transferido. Convecção e condução requerem matéria para transferir calor. A radiação transfere calor pelo espaço na forma de energia, como ondas. Embora esses três métodos de transferência de calor envolvam princípios diferentes, todos eles podem ser entendidos com base na física do calor ou na energia térmica.

A matéria é composta de partículas que interagem entre si para transferir energia térmica. Quando um material com temperatura mais alta entra em contato com um material de temperatura mais baixa, o calor flui do material mais quente para o mais frio. Esse processo continuará até os dois materiais estarem na mesma temperatura e atingirem um estado de equilíbrio térmico.

Na condução, um pedaço de matéria mais quente entra em contato com um pedaço de matéria mais frio e o calor flui da região mais quente para a mais fria. O calor é conduzido porque partículas em movimento rápido da matéria mais quente transferem energia para as moléculas mais frias e mais lentas da matéria mais fria. A capacidade de um material para conduzir calor depende de sua estrutura molecular e consistência. Por exemplo, metais são melhores condutores de calor que madeira e sólidos são melhores condutores de calor que líquidos.

A convecção transfere calor com base em um princípio diferente de movimento de partículas. Quando as partículas possuem uma grande quantidade de energia térmica, essa energia faz com que elas se movam mais rapidamente e se espalhem, tornando o material menos denso. Partículas em uma região mais fria têm menos energia e se movem lentamente, levando a uma maior densidade. Em fluidos e gases, esse princípio resulta em regiões mais frias do material afundando no fundo, enquanto as regiões mais quentes sobem para o topo.

Uma corrente é formada pela circulação de fluido ou gás nesse padrão. Isso é chamado de corrente de convecção. Na atmosfera, por exemplo, o ar frio afunda enquanto o ar quente sobe, produzindo circulação.

O terceiro método de transferência de calor, a radiação, não requer matéria e não depende da interação das partículas. Um exemplo é a radiação solar. O calor do sol atinge a terra, apesar de viajar pelo vácuo do espaço. No caso da radiação, a energia térmica existe na forma de ondas. É um tipo de radiação eletromagnética, como a luz visível.

Os átomos absorvem a energia da radiação através de seus elétrons, que usam a energia para se mover para um nível mais alto dentro do átomo. Essa energia pode ser emitida novamente quando o elétron cai ao seu nível original. A temperatura de um objeto na presença de radiação depende de quanta energia ele absorve versus a quantidade que emite; portanto, um objeto que absorve mais energia do que emite subirá na temperatura.