Imagem: O calor produzido no núcleo do Sol é transportado para a superfície por convecção e radiação.
A convecção transfere átomos de gás do núcleo a 15 milhões de Kelvin para a superfície (fotosfera) a 6000 K através das diferentes camadas do Sol. Este movimento de gás quente é visível na superfície do Sol na forma de células de convecção.
A transferência de calor radiante ocorre quando fótons gama criados no núcleo interagem com elétrons de átomos de gás quente sendo movidos para a superfície. Essas interações repetidas eventualmente transferem calor para a superfície do Sol, onde é finalmente irradiado para o espaço como luz visível e calor infravermelho, com uma temperatura efetiva de 5.500 a 6.000 Kelvin.
Calor e temperatura são dois conceitos diferentes em termodinâmica, mas intimamente relacionados.
A temperatura é uma medida da agitação molecular de um objeto, enquanto o calor é uma forma de energia que é transferida entre dois corpos com temperaturas diferentes. Assim, a temperatura é uma quantidade intensiva que depende apenas do estado termodinâmico de um objeto, enquanto o calor é uma quantidade extensiva que depende da quantidade de matéria e da variação de temperatura.
Em outras palavras, a temperatura mede a agitação térmica média das moléculas em um objeto, enquanto o calor mede a quantidade de energia transferida entre dois objetos com temperaturas diferentes.
A temperatura é uma grandeza física que mede a agitação molecular de um corpo ou sistema.
Essa agitação térmica corresponde ao movimento aleatório de moléculas que está diretamente relacionado à temperatura do corpo ou do sistema. Simplificando, essa quantidade pode ser medida em graus Celsius (°C) ou em kelvins (K) usando um termômetro.
A equação da temperatura de agitação térmica de um corpo corresponde à energia cinética média das partículas.
E = ½m v² onde E é a energia cinética média de uma partícula, m sua massa e v sua velocidade média.
De acordo com a teoria cinética dos gases, a equação abaixo mostra que a velocidade das partículas em um gás aumenta com a temperatura.
v = sqrt((3*k*T)/m) onde T é a temperatura do gás, k é a constante de Boltzmann (1,38 x 10^-23 joules por kelvin) e m é a massa da partícula.
A equação abaixo mostra que a energia cinética média das partículas de um gás é proporcional à temperatura absoluta T. Assim, a temperatura de agitação térmica está diretamente relacionada à temperatura do sistema.
E = (3/2) * k * T onde E é a energia cinética, T é a temperatura do gás, k é a constante de Boltzmann.
O calor é uma forma de energia que é transferida de um sistema para outro devido a uma diferença de temperatura.
O calor é medido em joules (J) ou calorias (cal), uma caloria é aproximadamente 4,184 joules. É transferido por condução (contato direto), convecção (contato pelo movimento de um fluido) ou por radiação (transferência de calor na forma de ondas eletromagnéticas).
Para transferência de calor por condução, digamos através de uma placa plana de espessura L, a lei de Fourier dá a quantidade de calor Q que é transferida por unidade de tempo através da placa:
Q = -k * A * (dT/dx) onde k é a condutividade térmica da placa, A é sua área, dT/dx é o gradiente de temperatura ao longo da placa e o sinal de menos indica que o calor é transferido da placa região quente para a região fria.
Para transferência de calor por convecção entre dois fluidos, a equação de transferência de calor local de Newton fornece a quantidade de calor Q que é transferida por unidade de tempo e área:
Q = h * A * (T1 - T2) onde h é o coeficiente de transferência de calor, A é a superfície de contato entre os fluidos, T1 e T2 são as temperaturas dos dois fluidos e o sinal de menos é omitido porque o calor é transferido de T1 (fluido mais quente) a T2 (fluido mais frio).
Para a transferência de calor por radiação entre dois corpos, a lei de Stefan-Boltzmann dá a quantidade de calor Q que é emitida por unidade de área de um corpo negro à temperatura T1 e que é recebida por unidade de área de outro corpo negro corpo na temperatura T2:
Q = σ * A * (T1^4 - T2^4) onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5,670 374 419 x 10^-8 W m^-2 K^-4) e A é a área de ambos os corpos.
Essa lei assume que os corpos são corpos negros perfeitos, ou seja, absorvem toda a radiação que os atinge e emitem radiação que segue a lei de Planck, que descreve o espectro de emissão da radiação eletromagnética emitida por um corpo quente.
N.B.: Estas equações nem sempre são aplicáveis na prática, porque as condições de transferência de calor podem ser complexas e muitas vezes dependem de muitos parâmetros, como a geometria dos corpos, as propriedades térmicas dos materiais, a velocidade de fluxo dos fluidos, etc.
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