conceito
convecção é o nome para um meio de transferência de calor, distinguindo-se da condução e radiação. É também um termo que descreve processos que afetam a atmosfera, as águas e a terra sólida. Na atmosfera, o ar quente sobe sobre as correntes de convecção, circulando e criando nuvens e ventos. Da mesma forma, a convecção na hidrosfera circula a água, mantendo os gradientes de temperatura dos oceanos estáveis., O termo convecção geralmente se refere ao movimento de fluidos, significando líquidos e gases, mas nas ciências da terra, convecção também pode ser usada para descrever processos que ocorrem na terra sólida. Esta convecção geológica, como se sabe, impulsiona o movimento da placa que é um dos aspectos chave da tectônica da placa.
como funciona
Introdução à convecção
alguns conceitos e fenômenos atravessam fronteiras disciplinares dentro das Ciências da terra, sendo um exemplo o processo físico da convecção., É de igual relevância para os cientistas que trabalham nas ciências geológicas, atmosféricas e hidrológicas, ou nos domínios de estudo relacionados com a geosfera, atmosfera e hidrosfera, respectivamente. O único componente principal do sistema terrestre não diretamente afetado pela convecção é a biosfera, mas dado o alto grau de interconexão entre diferentes subsistemas, a convecção afeta indiretamente a biosfera no ar, águas e terra sólida.,convecção pode ser definida como circulação vertical que resulta de diferenças de densidade causadas por diferenças de temperatura, e envolve a transferência de calor através do movimento do fluido quente de um lugar para outro. Nas ciências físicas, o termo fluido refere-se a qualquer substância que flui e, portanto, não tem forma definida. Isso geralmente significa líquidos e gases, mas nas ciências da terra pode se referir até mesmo a Sólidos de fluxo lento., Ao longo das grandes extensões de tempo estudadas pelos cientistas da terra, o fluxo líquido de sólidos em certas circunstâncias (por exemplo, gelo em geleiras) pode ser substancial.convecção e calor, como indicado no parágrafo anterior, a convecção está intimamente relacionada com o calor e a temperatura e indirectamente relacionada com outro fenómeno, a energia térmica. O que as pessoas normalmente chamam de calor é na verdade energia térmica, ou energia cinética (a energia associada ao movimento) produzida por moléculas em movimento em relação uma à outra.,
calor, em seu significado científico, é a energia térmica interna que flui de um corpo de matéria para outro ou de um sistema a uma temperatura mais alta para um sistema a uma temperatura mais baixa. A temperatura, portanto, pode ser definida como uma medida da energia cinética molecular média de um sistema. A temperatura também regula a direção do fluxo de energia interna entre dois sistemas. Dois sistemas à mesma temperatura são ditos estar em um estado de equilíbrio térmico; quando isso ocorre, não há troca de calor, e portanto o calor existe apenas em transferência entre dois sistemas.,
não existe tal coisa como frio, apenas a ausência de calor. Se o calor existe apenas em trânsito entre sistemas, segue-se que a direção do fluxo de calor deve ser sempre de um sistema a uma temperatura mais alta para um sistema a uma temperatura mais baixa.(Este fato está incorporado na Segunda Lei da termodinâmica, que é discutida, juntamente com outros tópicos mencionados aqui, na energia e na Terra. A transferência de calor ocorre através de três meios: condução, convecção e radiação.condução e radiação.,a condução envolve colisões moleculares sucessivas e a transferência de calor entre dois corpos em contato. Normalmente ocorre num sólido. A convecção requer o movimento do fluido de um lugar para outro, e, como temos notado, pode ocorrer em um líquido, um gás, ou um sólido próximo que se comporta como um fluido de fluxo lento. Finalmente, a radiação envolve ondas eletromagnéticas e não requer nenhum meio físico, como água ou ar, para a transferência.se você colocar uma extremidade de uma barra de metal em um fogo e, em seguida, tocar o final “Legal” alguns minutos mais tarde, você vai descobrir que ele não é mais legal., Este é um exemplo de aquecimento por condução, em que a energia cinética é passada de molécula em molécula da mesma forma que um segredo é passado de uma pessoa para outra ao longo de uma linha de pessoas de pé ombro a ombro. Da mesma forma que a formulação original do segredo se torna distorcida, alguma energia cinética é inevitavelmente perdida na série de transferências, razão pela qual o fim da vara fora do fogo ainda é muito mais fresco do que o que está sentado nas chamas.
Quanto à radiação, ela é distinguida da condução e convecção por virtude do fato de que ela não requer nenhum meio para sua transferência., Isso explica porque o espaço é frio, mas os raios solares aquecem a terra: os raios são uma forma de energia eletromagnética, e eles viajam por meio da radiação através do espaço. O espaço, é claro, é a ausência virtual de um meio, mas ao entrar na atmosfera da terra, o calor dos raios eletromagnéticos é transferido para vários meios na atmosfera, hidrosfera, geosfera e Biosfera. Esse calor é então transferido por meio de convecção e condução.transferência de calor por convecção.
como condução e ao contrário da radiação, convecção requer um meio., No entanto, na condução o calor é transferido de uma molécula para outra, enquanto na convecção o fluido aquecido em si está realmente se movendo. Como ele faz, ele remove ou desloca o ar frio em seu caminho. O fluxo de fluido aquecido nesta situação é chamado de corrente de convecção.a convecção é de dois tipos: natural e forçada. O aumento do ar aquecido é um exemplo de convecção natural. O ar quente tem uma densidade inferior à do ar mais frio na atmosfera acima dele e, portanto, é flutuante; à medida que sobe, no entanto, perde energia e arrefece., Este ar arrefecido, agora mais denso do que o ar à sua volta, afunda novamente, criando um ciclo repetitivo que gera vento.a convecção forçada ocorre quando uma bomba ou outro mecanismo move o fluido aquecido. Exemplos de aparelhos de convecção forçada incluem alguns tipos de fornos e até mesmo refrigeradores ou ar condicionado. Como observado anteriormente, é possível transferir calor apenas de um reservatório de alta temperatura para um de baixa temperatura, e, assim, estas máquinas de refrigeração funcionam através da remoção de ar quente., O frigorífico retira calor do seu compartimento e expulsa-o para a sala circundante, enquanto um ar condicionado retira calor de uma sala ou edifício e liberta-o para o exterior.a convecção forçada não envolve necessariamente máquinas feitas pelo homem: o coração humano é uma bomba, e o sangue transporta excesso de calor gerado pelo corpo para a pele. O calor passa através da pele por meio de condução, e na superfície da pele é removido do corpo em uma série de maneiras, principalmente pela evaporação de arrefecimento da transpiração.,
aplicações da vida real
células convectivas
um mecanismo importante de convecção, seja no ar, na água, ou mesmo na terra sólida, é a célula convectiva, às vezes conhecida como a célula convectiva. Este último pode ser definido como o padrão circular criado pela elevação do fluido aquecido e o afundamento do fluido arrefecido. As células convectivas podem ter apenas alguns milímetros de diâmetro, ou podem ser maiores do que a própria terra.estas células podem ser observadas em várias escalas. Dentro de uma tigela de sopa, o fluido aquecido sobe, e gotas de fluido arrefecido., Estes processos são geralmente difíceis de ver a menos que o prato em questão seja um tal como a sopa miso Japonesa. Neste caso, pedaços de pasta de soja, ou miso, podem ser observados à medida que sobem quando aquecidos e depois caem no interior para serem aquecidos novamente.
numa escala muito maior, as células convectivas estão presentes no sol. Estas vastas células aparecem na superfície do sol como um padrão granulado formado pelas variações de temperatura entre as partes da célula., Os pontos brilhantes são o topo das correntes de convecção crescentes, enquanto as áreas escuras são Gás resfriado em seu caminho para o interior solar, onde ele será aquecido e elevar-se novamente.
Uma nuvem cumulonimbus, ou” thunderhead”, é um exemplo particularmente dramático de uma célula de convecção. Estas são algumas das formações de nuvens mais impressionantes que já se vê, e por esta razão o diretor Akira Kurosawa usou cenas de trovão rolando para adicionar uma qualidade atmosférica (literalmente) a sua edição épica de 1985., Ao longo de apenas alguns minutos, estas torres verticais de nuvens formam-se à medida que o ar quente e húmido sobe, depois arrefece e cai. O resultado é uma nuvem que parece incorporar tanto o poder quanto a inquietação, daí o uso de nuvens cumulonimbus por Kurosawa em uma cena que ocorre na véspera de uma batalha.uma brisa do mar.células convectivas, juntamente com correntes de convecção, ajudam a explicar porque é que normalmente há uma brisa na praia. À beira-mar, é claro, há uma superfície terrestre e uma superfície de água, ambas expostas à luz do sol., Sob tal exposição, a temperatura da terra sobe mais rapidamente do que a da água. A razão é que a água tem uma capacidade térmica específica extraordinariamente elevada-ou seja, a quantidade de calor que deve ser adicionada ou removida de uma unidade de massa para que uma determinada substância mude a sua temperatura em 33,8°F (1°C). Assim, um Lago, Riacho ou oceano é sempre um bom lugar para resfriar em um dia quente de Verão.a terra, então, tende a aquecer mais rapidamente, assim como o ar acima dela., Este ar aquecido sobe numa corrente de convecção, mas à medida que sobe e supera a força da gravidade, gasta energia e, portanto, começa a arrefecer. O ar frio afunda-se. E assim vai, com o ar aquecido subindo e o ar resfriado afundando, formando uma célula convectiva que circula continuamente o ar, criando uma brisa.células convectivas sob os pés.,
células convectivas também podem existir na terra sólida, onde elas fazem com que as placas (segmentos móveis) da litosfera—a camada superior do interior da Terra, incluindo a crosta e a porção quebradiça no topo do manto—se desloquem. Eles, portanto, desempenham um papel na tectônica de placas, uma das áreas mais importantes de estudo nas ciências da terra. A tectónica de placas explica uma variedade de fenómenos, que vão desde a deriva continental a terramotos e vulcões. (See Plate Tectonics for much more on this subject.,)
Considerando que a energia eletromagnética do sol é a fonte de calor por trás da convecção atmosférica, a energia que move a convecção geológica é geotérmica, levantando-se do núcleo da terra como resultado do decaimento radioativo. (Veja energia e Terra. As células convectivas formam-se na astenosfera, uma região de pressão extremamente alta a uma profundidade de cerca de 60-215 mi. (cerca de 100-350 km), onde as rochas são deformadas por enormes tensões.,na astenosfera, o material aquecido sobe em uma corrente de convecção até atingir o fundo da litosfera (a camada superior do interior da Terra, compreendendo a crosta e o topo do manto), além da qual não pode subir. Portanto, ele começa a mover-se lateralmente ou horizontalmente, e como ele faz isso, arrasta parte da litosfera. Ao mesmo tempo, este material aquecido afasta o material mais frio e mais denso no seu caminho. O material mais frio afunda-se mais abaixo no manto (a espessa e densa camada de rocha, aproximadamente 1,429 mi., espessa, entre a crosta e o núcleo da terra) até que aqueça novamente e, em última análise, se levante, propagando assim o ciclo.
Subsidence: Fair Weather and Foul
As with convective cells, subsidence can occur in the atmosphere or geosphere. O termo subsidência pode referir-se tanto ao processo de subsidência, por parte do ar ou da terra sólida, ou, no caso da terra sólida, à formação resultante. Assim, é definido variadamente como o movimento descendente do ar, o afundamento do solo, ou uma depressão na terra., No contexto atual discutiremos a subsidência atmosférica, que está mais intimamente relacionada com a convecção. (Para mais informações sobre a subsidiência geológica, veja as entradas Geomorfologia e desperdício de massa.)
na atmosfera, a subsidência resulta de uma perturbação no fluxo ascendente normal das correntes de convecção. Estas correntes podem atuar para estabelecer uma célula convectiva, como vimos, resultando no fluxo da brisa. O vapor de água no ar pode condensar-se à medida que arrefece, mudando o estado para um líquido e formando nuvens., A convecção pode criar uma área de baixa pressão, acompanhada por ventos convergentes, perto da superfície da terra, um fenômeno conhecido como ciclone. Por outro lado, se ocorrer subsidência, ela resulta na criação de uma área de alta pressão conhecida como anticiclone.
As parcelas de ar continuam a subir em correntes de convecção até que a densidade da sua porção superior seja igual à da atmosfera circundante, altura em que a coluna de ar estabiliza., Por outro lado, a subsidência pode ocorrer se o ar a uma altitude de vários milhares de pés se tornar mais denso do que o ar circundante, sem necessariamente ser mais frio ou moister. Na verdade, este ar é invulgarmente seco, e pode ser quente ou frio. Sua densidade então a faz afundar, e, como ele faz, comprime o ar ao seu redor. O resultado é alta pressão na superfície e ventos divergentes logo acima da superfície.
a forma de subsidência atmosférica aqui descrita produz resultados agradáveis, explicando por que os sistemas de alta pressão geralmente estão associados a tempo limpo., Por outro lado, se o ar amortecido se instala em uma camada mais fria de ar, cria o que é conhecido como inversão de subsidência, e os resultados são muito menos benéficos. Nesta situação, uma camada de ar quente fica presa entre camadas mais frias acima e abaixo dela, a uma altura de várias centenas ou mesmo vários milhares de pés. Isto significa que a poluição atmosférica também está presa, criando um risco potencial para a saúde. Inversões de subsidência ocorrem mais frequentemente no extremo norte durante o inverno e no leste dos Estados Unidos durante o final do verão.,até este ponto falamos principalmente de convecção na atmosfera e na geosfera, mas é de importância também nos oceanos. O exemplo de sopa miso dado anteriormente ilustra o movimento do fluido, e portanto de partículas, que podem ocorrer quando uma célula convectiva é configurada em um líquido.da mesma forma, na convecção oceânica—impulsionada tanto pelo calor da superfície como, em maior medida, pela energia geotérmica no fundo—mantém as águas em constante circulação., A convecção oceânica resulta na transferência de calor através das profundezas e mantém o oceano estavelmente estratificado. Em outras palavras, os estratos, ou camadas, correspondentes a vários níveis de temperatura são mantidos estáveis e não flutuam livremente.
As águas do oceano se encaixam na definição mais comum e cotidiana de fluido, mas como observado no início deste ensaio, um fluido pode ser qualquer coisa que flui—incluindo um gás ou, em circunstâncias especiais, um sólido. Rochas sólidas ou gelo sólido, na forma de geleiras, podem fluir se os materiais forem deformados o suficiente., Isto ocorre, por exemplo, quando o peso de um glaciar deforma o gelo no fundo, fazendo com que o glaciar como um todo se mova. Da mesma forma, a energia geotérmica pode aquecer a rocha e fazê-la fluir, colocando em movimento o processo Convectivo de placas tectônicas, descrito anteriormente, que literalmente move a terra.
onde aprender mais
Guia do educador para a convecção (sítio Web). <http://www.solarviews.com/eng/edu/convect.htm>.Erickson, Jon. Plate Tectonics: Unraveling the Mysteries of the Earth. New York: Facts on File, 1992.Hess, Harry., “History of Ocean basis” (Web site). <http://www-geology.ucdavis.edu/~GEL102/hess/jesse.htm>.Jones, Helen. Convecção profunda em mar aberto: um guia de campo (Web site). <http://puddle.mit.edu/~helen/oodc.html>.actividade Guia do Professor Ocean Oasis 4 (sítio Web). <http://www.oceanoasis.org/teachersguide/activity4.html>.Santrey, Laurence e Lloyd Birmingham. Calor. Mahwah, NJ: Troll Associates, 1985.
Scorer, R. S., and Arjen Verkaik. Céus Espaçosos. Newton Abbot, England: David and Charles, 1989.Sigurdsson, Haraldur., Funding the Earth: The History of Ideas on Vulcanic Eruptions. New York: Oxford University Press, 1999.
Smith, David G. The Cambridge Encyclopedia of Earth Sciences. New York: Cambridge University Press, 1981.
termos-chave
astenosfera:
uma região de pressão extremamente alta subjacente à litosfera, onde as rochas são deformadas por enormes tensões. A astenosfera liesat a uma profundidade de cerca de 60-215 mi. (cerca de 100-350 km).em geral, uma atmosfera é um manto de gases que circundam um planeta., A menos que identificado de outra forma, entretanto, o termo refere-se à atmosfera da Terra, que consiste em nitrogênio (78%), oxigênio (21%), argônio (0,93%), e outras substâncias que incluem vapor de água, dióxido de carbono, ozônio e gases nobres, como o néon, que juntos compõem 0,07%.biosfera: uma combinação de todos os seres vivos na terra—plantas, animais, aves, vida marinha, insetos, vírus, organismos unicelulares, e assim por diante-bem como todos os seres anteriormente vivos que ainda não se decompuseram.condução: a transferência de calor por colisões moleculares sucessivas., A condução é o principal meio de transferência de calor em sólidos, particularmente metais.
convecção:
circulação Vertical que resulta de diferenças na densidade, em última análise, provocadas por diferenças na temperatura. A convecção envolve a transferência de calor através do movimento do fluido quente de um lugar para outro e é de dois tipos, natural e forçado. (Ver convecção natural, convecção forçada. )
corrente de convecção:
o fluxo de material aquecido por meio de convecção.,
célula convectiva:
o padrão circular criado pela elevação do fluido aquecido e pelo afundamento do fluido arrefecido. Isto às vezes é chamado de uma célula de convecção.
núcleo:
o centro da terra, uma área que constitui cerca de 16% do volume do planeta e 32% da sua massa. Feito principalmente de ferro e outro elemento mais leve (possivelmente enxofre), é dividido entre um núcleo interno sólido com um raio de cerca de 760 mi.(1.220 km)e um núcleo externo líquido com cerca de 1 750 mi. (2,820 km) de espessura.,
crosta:
a divisão superior da terra sólida, representando menos de 1% do seu volume e variando em profundidade de 3 a 37 mi. (5 a 60 km). Abaixo da crosta está o manto.
fluido:
nas ciências físicas, o termo fluido refere-se a qualquer substância que flui e, portanto, não tem forma definida. Fluidos podem ser líquidos e gases. Nas ciências da terra, ocasionalmente, substâncias que parecem ser sólidas (por exemplo, gelo nos glaciares) estão, de facto, a fluir lentamente.,convecção forçada: convecção que resulta da acção de uma bomba ou de outro mecanismo (seja feito pelo homem ou natural), direccionando o fluido aquecido para um destino específico.geosfera: a parte superior da crosta continental da terra, ou a porção da terra sólida na qual os seres humanos vivem e que lhes fornece a maior parte de seus alimentos e recursos naturais.calor: energia térmica Interna que flui de um corpo de matéria para outro.,hidrosfera: toda a água da Terra, excluindo o vapor de água na atmosfera, mas incluindo todos os oceanos, lagos, cursos de água, águas subterrâneas, neve e gelo.
energia cinética:
a energia que um objecto possui em virtude do seu movimento.
litosfera:
a camada superior do interior da Terra, incluindo a crosta e a porção quebradiça no topo do manto.
manto:
a camada densa de rocha, aproximadamente 1,429 mi. (2.300 km) de espessura, entre a crosta terrestre e o seu núcleo.,convecção NATURAL: convecção que resulta da flutuabilidade do fluido aquecido, o que a faz subir.
placas tectônicas:
o nome de uma teoria e de uma especialização da tectônica. Como área de estudo, a tectónica de placas lida com as grandes características da litosfera e as forças que as moldam. Como ateísta, explica os processos que moldaram a terra em termos de placas e seu movimento.placas: grandes segmentos móveis da litosfera.,
radiação:
a transferência de energia por meio de ondas eletromagnéticas, que não requerem nenhum meio físico (por exemplo, água ou ar) para a transferência. A terra recebe a energia do sol através do espectro eletromagnético por meio da radiação.
subsidência:
um termo que se refere quer ao processo de diminuição, por parte do ar ou da terra sólida, ou, no caso da terra sólida, à formação resultante. Subsidência assim é definida variadamente como o movimento descendente do ar, o afundamento do solo, ou uma depressão na crosta terrestre.,
sistema:
qualquer conjunto de interações que podem ser separadas mentalmente do resto do universo para fins de estudo, observação e medição.
tectónica:
the study of tectonism, including its causes and effects, most notably mountain building.
tectonismo:
a deformação da litosfera.
temperatura:
a direcção do fluxo de energia interna entre dois sistemas quando o calor está a ser transferido. A temperatura mede a energia cinética molecular média em trânsito entre esses sistemas.,energia térmica: energia térmica, uma forma de energia cinética produzida pelo movimento de partículas atômicas ou moleculares em relação uma à outra. Quanto maior o movimento relativo destas partículas, maior a energia térmica.
