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30 setembro 2009

Um dia de verão: dormir "no teto" ou "no chão"?

Considere um dia de verão muito “quente” e que você tem disponível para dormir, num quarto, duas opções de cama: um colchão acomodado diretamente sobre o piso e a parte superior de um beliche que fica acima da linha média da parede. Você preferiria dormir na cama superior do beliche, próximo ao teto, ou no colchão próximo ao chão? Por quê?

Bem! A minha mãe saberia responder a esta questão usando apenas o senso comum, pois ela não teve a oportunidade de estudar Física na escola. No verão ela prefere dormir no chão, como por várias vezes já a vi fazendo. Ela diz que é “mais fresquinho!”. Será verdade isso? Vamos ver se é e por quê?

Para responder a esta pergunta, precisamos primeiro conhecer o processo de transmissão de calor chamado convecção.
Convecção é um processo de transferência de calor que ocorre apenas em fluidos. Neste tipo de transmissão, o calor é transferido de uma região para outra pelos próprios átomos e moléculas do fluido, que se deslocam de um ponto a outro levando consigo energia térmica.

Num quarto fechado, a porção de ar aquecida expande-se, seu volume aumenta, sua densidade, então, diminui e ela sobe para o teto formando uma corrente ascendente. O espaço deixado pela porção de ar que sobe tende a ser ocupado pela porção de ar mais “fria” que está em volta. Esta nova porção, sendo aquecida, também sobe. O ar “quente” no teto pode se resfriar, seu volume então diminui, sua densidade aumenta e ele desce. Forma-se, então, no quarto, uma corrente de convecção que, em condições normais, acaba concentrando ar mais “quente” próximo ao teto e ar mais “frio” próximo ao chão.

Isto pode ser verificado usando um termômetro para medir a temperatura na parte inferior e superior do quarto ou de uma sala fechada, como você pode ver no vídeo a seguir filmado no laboratório de informática da escola com a colaboração dos alunos Herbeth e Elisabeth da turma 200.

Num cômodo, a presença de ventiladores, de fontes de calor e a existência de janelas abertas – até a forma como elas abrem – influem na formação das correntes de convecção, o que pode tornar bem mais difícil o estudo desse fenômeno. A complexidade aumenta quando consideramos ambientes abertos, ao ar livre.

A convecção e alguns aparelhos domésticos

Podemos citar vários exemplos do cotidiano explicados pelo fenômeno da convecção: suponha uma sala em que se ligue um aquecedor elétrico em sua parte inferior. O ar em torno do aquecedor aquece-se, tornando-se menos denso que o restante. Com isso, ele sobe e o ar frio desce, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe com o ar frio que desce. Funcionamento parecido é o do ar condicionado, mas agora colocado na parte superior do cômodo, o ar em torno do aparelho esfria-se, tornando-se mais denso que o restante. Com isso, ele desce e o ar quente sobe, havendo uma troca de posição do ar frio que desce com o ar quente que sobe. Se o aquecedor fosse colocado próximo ao teto ou se o ar condicionado fosse colocado próximo ao chão, estes aparelhos não funcionariam adequadamente, consumindo energia elétrica sem proporcionar o efeito que esperamos deles.

Um outro exemplo que é o mais comum no dia-a-dia é o caso da geladeira doméstica, na qual o congelador está sempre colocado na parte superior para que, pela convecção do ar, produza o resfriamento dos alimentos. O ar "quente" que está próximo dos alimentos sobe, sendo resfriado pelo congelador, então o ar "frio" desce e retira energia térmica dos alimentos, resfriando-os.

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