Correntes de Convecção – Circulação Atmosférica
Um dos fenômenos de maior importância para o clima da Terra é a circulação atmosférica , que é o movimento do ar em larga escala, e é um meio pelo qual a energia térmica (juntamente com a circulação do oceano) é distribuída na superfície da Terra. . A circulação atmosférica da Terra varia de ano para ano, mas a estrutura em larga escala de sua circulação permanece bastante constante.
A circulação atmosférica é uma conseqüência da iluminação da Terra pelo Sol e das leis da termodinâmica . A circulação atmosférica pode ser vista como um motor de calor acionado pela energia do Sol, e cuja energia afunda, em última análise, é a escuridão do espaço. Deste ponto de vista, também as turbinas eólicas são movidas pelo sol.
Criação de correntes de convecção
A criação de correntes de convecção é baseada em três suposições físicas:
- Presença de fonte de calor . A fonte de calor é necessária, porque as correntes de convecção são geradas por diferenças de densidade no fluido que ocorre devido a gradientes de temperatura. Na convecção natural, o fluido em torno de uma fonte de calor recebe calor e, por expansão térmica, torna-se menos denso e sobe. A expansão térmica do fluido desempenha um papel crucial. Em outras palavras, os componentes mais pesados (mais densos) cairão, enquanto os componentes mais leves (menos densos) subirão, levando ao movimento de fluidos a granel.
- Presença de aceleração adequada. A convecção natural só pode ocorrer em um campo gravitacional ou na presença de outra aceleração adequada, como aceleração, força centrífuga e força de Coriolis. A convecção natural essencialmente não opera na órbita da Terra. Por exemplo, na Estação Espacial Internacional em órbita, são necessários outros mecanismos de transferência de calor para impedir o superaquecimento dos componentes eletrônicos.
- Geometria adequada . A presença e magnitude da convecção natural também dependem da geometria do problema. A presença de um gradiente de densidade de fluido em um campo gravitacional não garante a existência de correntes de convecção naturais. Esse problema é ilustrado na figura a seguir, onde um fluido é fechado por duas grandes placas horizontais de temperatura diferente (T superior ≠ T inferior ).
- No caso A, a temperatura da placa inferior é superior à temperatura da placa superior. Nesse caso, a densidade diminui na direção da força gravitacional. Essa geometria induz a circulação de fluidos e a transferência de calor ocorre por circulação natural . O fluido mais pesado descerá, sendo aquecido no processo, enquanto o fluido mais leve subirá, esfriando à medida que se move.
- No caso B, a temperatura da placa inferior é inferior à temperatura da placa superior. Nesse caso, a densidade aumenta na direção da força gravitacional. Essa geometria leva a condições estáveis, gradiente de temperatura estável e não induz a circulação de fluidos. A transferência de calor ocorre apenas por condução térmica.
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