Correntes de Convecção – Coluna Térmica
Outra importante corrente de convecção , formada na atmosfera, é uma coluna térmica . A coluna térmica é uma coluna de ar ascendente nas altitudes mais baixas da atmosfera da Terra, uma forma de atualização atmosférica. As colunas térmicas são criadas pelo aquecimento desigual da superfície da Terra a partir da radiação solar e são um exemplo de convecção natural atmosférica.
O Sol aquece o chão, que por sua vez aquece o ar diretamente acima dele. O ar mais quente perto da superfície se expande, tornando-se menos denso que o ar circundante. O ar mais leve sobe e esfria devido à sua expansão na pressão mais baixa em altitudes mais altas. Ele para de subir quando esfria à mesma temperatura do ar circundante. Terra escura, áreas urbanas e estradas são boas fontes de colunas térmicas .
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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