A radiação térmica é uma forma de energia térmica fundamental na física e na ciência dos materiais. Muitas vezes passa despercebido em nossa vida diária, mas 49% da energia que chega até nós vinda do Sol o faz na forma de radiação térmica.
Este tipo de energia é responsável por manter o nosso planeta aquecido, cozinhar os nossos alimentos e alimentar muitas das tecnologias que usamos diariamente.
Neste artigo explicaremos o que é a radiação térmica, como funciona, suas aplicações e sua importância no mundo moderno.
O que é radiação térmica?
A radiação térmica, também conhecida como radiação térmica ou radiação infravermelha, é o processo pelo qual um objeto emite energia na forma de ondas eletromagnéticas devido à sua temperatura.
Ao contrário da condução térmica e da convecção térmica, a radiação térmica não requer um meio material para se propagar. Em outras palavras, a radiação térmica pode viajar através do vácuo do espaço.
Todos os objetos emitem radiação térmica
Para compreender esse fenômeno, é fundamental lembrar que todos os objetos emitem radiação térmica sempre que apresentam temperatura acima do zero absoluto, que é a temperatura mais baixa possível (-273,15 graus Celsius ou 0 Kelvin).
O espectro eletromagnético
O espectro eletromagnético abrange todas as formas de radiação eletromagnética, desde ondas de rádio até raios gama. A radiação térmica é encontrada na região infravermelha do espectro, que fica entre as microondas e a luz visível.
Embora não possamos ver a radiação térmica diretamente, podemos detectá-la e utilizá-la em muitas aplicações.
Lei de Stefan-Boltzmann: relação entre temperatura e radiação
A radiação térmica é o resultado da agitação de partículas dentro de um objeto devido à sua temperatura. Quanto mais quente for um objeto, mais energia cinética suas partículas terão e, portanto, mais radiação térmica ele emitirá.
A lei de Stefan-Boltzmann descreve a relação entre a temperatura de um objeto e a quantidade total de energia irradiada por unidade de área. Esta lei estabelece que a energia irradiada por unidade de área é diretamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta do objeto, conforme a seguinte equação:
E=σ⋅T 4
Onde:
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E é a energia irradiada por unidade de área (em watts por metro quadrado, W/m²).
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σ é a constante de Stefan-Boltzmann (5,67×10 −8 W/(m²·K⁴)).
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T é a temperatura absoluta do objeto em Kelvins (K).
Esta equação mostra que em temperaturas mais altas, a quantidade de energia irradiada é significativamente maior.
Exemplos de radiação térmica
A radiação térmica tem uma ampla gama de aplicações na vida cotidiana e nas áreas científicas e tecnológicas.
Alguns exemplos de suas aplicações mais notáveis incluem:
Aquecimento e cozimento
A radiação térmica é essencial em aparelhos como fornos e micro-ondas, onde é utilizada para aquecer alimentos. Os elementos de aquecimento emitem radiação infravermelha que aquece diretamente objetos e alimentos, acelerando o processo de cozimento.
Energia solar
A radiação térmica do Sol é a principal fonte de energia do nosso planeta. Os painéis solares térmicos aproveitam esta radiação para aquecer água e gerar eletricidade, especialmente em grandes centrais solares térmicas.
Câmeras térmicas
As câmeras térmicas usam radiação infravermelha para detectar diferenças de temperatura em objetos e organismos vivos.
Essas câmeras têm aplicações em áreas como busca e salvamento, segurança e medicina.
Ar condicionado e refrigeração
Os sistemas HVAC e de refrigeração utilizam radiação térmica em combinação com outros processos para controlar a temperatura em edifícios, veículos e dispositivos eletrônicos.
Ciência espacial
Na exploração espacial, a radiação térmica é uma grande preocupação. Os materiais aeroespaciais são projetados para resistir às condições extremas do espaço, incluindo a exposição à intensa radiação solar e a liberação controlada de calor gerado pelos equipamentos.
Energia geotérmica
A energia geotérmica aproveita o calor interno da Terra para gerar eletricidade e fornecer aquecimento. Em regiões geotermicamente ativas, como a Islândia, este tipo de energia é especialmente valioso.
Radiação térmica em uma usina nuclear
Uma usina nuclear emite radiação térmica quando ocorre a fissão nuclear no núcleo do reator. Neste processo, os núcleos atômicos do urânio se dividem em elementos químicos menores, liberando uma imensa quantidade de energia na forma de calor.
Esta energia térmica resultante faz com que a temperatura do núcleo do reator aumente significativamente. À medida que a temperatura central aumenta, a radiação térmica é emitida na forma de radiação infravermelha, que é invisível ao olho humano, mas é uma manifestação direta da alta temperatura dentro do reator.
Essa radiação térmica é parte integrante do funcionamento de uma usina nuclear e é utilizada como fonte de calor para aquecer água e produzir o vapor que aciona as turbinas que geram eletricidade.
A radiação térmica é uma etapa intermediária na conversão da energia nuclear em energia elétrica, e seu controle preciso é essencial para garantir a operação segura e eficiente da usina nuclear.