Fluxo de calor

Fluxo de calor é a energia térmica transferida de uma substância para outra por unidade de tempo e área indicada pela mudança de temperatura medida em watts por metro quadrado de unidades.

Em termos simples, é o calor transferido por unidade de área. Para obter esse valor, é necessário obter a mudança de temperatura, a condutividade térmica do meio de condução e a direção da transferência de calor

O que é o fluxo de calor?

O fluxo de calor refere-se ao fluxo de energia térmica. Às vezes chamado de fluxo térmico, é a taxa de fluxo calculada de energia térmica através de uma superfície especificada, à medida que flui de um lugar para outro.

Como outras formas de energia, o calor flui por condução e convecção na direção da queda potencial de energia – temperatura no caso da energia térmica.

Quando os cientistas medem o fluxo de calor, eles primeiro experimentam a temperatura em dois locais entre os quais a energia térmica é transferida.

O calor, como todas as formas de energia, flui de alto a baixo potencial – de alta a baixa temperatura.

Quanto mais rápido os átomos ou moléculas de um meio se movem e vibram, mais alta a temperatura desse meio e maior a pressão forçando o fluxo em direção a áreas com menos movimento e menos pressão.

O fluxo de calor, em resposta às diferenças de temperatura ao longo do tempo, equilibra a temperatura e se aproxima de um estado em que as temperaturas deixam de variar e o calor deixa de fluir – um estado conhecido como equilíbrio térmico.

Dado um volume suficientemente grande de fluido, como líquido ou gás, o fluxo de calor ocorre principalmente por convecção, pela difusão de átomos e moléculas.

O calor flui de volumes onde as partículas estão se movendo rapidamente para volumes onde as partículas estão se movendo lentamente.

As partículas de fluido se deslocam para regiões frias, onde há mais espaço entre as partículas que se movem mais lentamente. Como os átomos não podem se mover em sólidos, o calor é conduzido pelas vibrações de átomos ou moléculas em suas redes restritas, com distribuição de energia adicional devido ao movimento de elétrons livres.

Como o movimento de elétrons livres também é uma característica da condução elétrica, bons condutores de eletricidade também são bons condutores de calor.

O fluxo de calor devido a diferenças de temperatura é chamado fluxo de calor sensível, em oposição ao fluxo de calor latente, que se refere ao fluxo de calor devido a mudanças de fase no meio.

O fluxo de calor crítico é a quantidade de calor que pode ser bombeada através de uma determinada superfície em um determinado período de tempo, no qual as características de fluxo do meio mudam – uma mudança de estado, por exemplo.

Quando um material se torna sólido, ele incorpora energia que restringe sua estrutura de treliça.

No fluxo crítico de calor, quando uma certa quantidade de calor é bombeada para o material, ele atinge seu ponto de fusão ou temperatura de transição de gás, e essa energia de ligação é liberada como calor latente.

Qual a diferença de Fluxo de calor e Temperatura?

O fluxo de calor é a quantidade de energia térmica que está se movendo através de um material, enquanto a temperatura é mais uma medida da quantidade de energia térmica contida em um determinado ponto.

O fluxo de calor se origina de diferenças de temperatura

As diferenças de temperatura em um determinado sistema induzem um fluxo de calor.

O fluxo de calor induzido sempre flui do lado quente para o frio. Os fluxos de calor estão por toda parte.

Alguns exemplos são:

Fazendo com que os pés frios fiquem em pé sobre um piso frio: como o piso tem uma temperatura mais baixa que os pés, o calor flui dos pés para o chão.
Ficar perto de um incêndio é quente: a temperatura do fogo é muito maior que o ar circundante. Portanto, o calor irradia do fogo para os arredores.
Sensação de calor na sauna: como a temperatura do ar na sauna é mais alta que a temperatura do corpo, o calor flui do ar para o corpo.

Para que o fluxo de calor exista, é necessário não apenas uma diferença de temperatura, mas também um meio através do qual o calor esteja fluindo.

O calor pode fluir através de materiais sólidos (nesse caso, é chamado de condução), através de gases e líquidos (chamados de convecção) e através de ondas eletromagnéticas (chamadas de radiação).

Ilustração das três formas de transmissão de calor

Fonte: www.greenteg.com/www.corrosionpedia.com/www.fluxteq.com/www.wisegeek.org/www.thermal-engineering.org/www.researchgate.net/www.iadclexicon.org