Condução térmica, Convecção térmica e Aquecimento no fogão de indução eletromagnética

Apesar de o nome do Projeto remeter a um aquecimento provocado por indução eletromagnética, o que ocorre, na verdade, é um aquecimento por condução térmica do recipiente que contém o líquido e esse, por sua vez, aquece devido a correntes de convecção. Embora esse calor seja gerado pela dissipação de correntes induzidas no material ferromagnético (aço) que reveste o vasilhame de alumínio, onde está contida a água, e essas correntes sim são geradas pelo fluxo de campo magnético, o aquecimento da água conta com princípios do condução e da convecção térmicas para ocorrer efetivamente.
Para entender melhor o processo, é necessário maiores explicações sobre condução térmica, convecção e indução eletromagnética.
A indução eletromagnética é o fenômeno pelo qual aparece corrente elétrica num condutor, quando ele é colocado num campo magnético e o fluxo que o atravessa varia. No caso do fogão de indução, a bobina primária, excitada com corrente alternada é a responsável pela geração do campo magnético alternado. A peça de aço que sustenta o vasilhame de alumínio sofre alterações desse campo magnético variável, fazendo com que surjam correntes  induzidas nesse material. Chamam-se corrente de Foucalt a correntes elétricas induzidas circulares que aparecem por indução em blocos metálicos.

                             Representação da bobina primária e do núcleo de ferrite

Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, o condutor se aquece, a peça de aço é um condutor, portanto ela se aquece. Esse fenômeno é chamado efeito Joule. A quantidade de calor libertada pela passagem da corrente elétrica pode ser calculada pela aplicação do 1º princípio da Termodinâmica, também chamado princípio da equivalência. Seu enunciado é: “quando há transformação da quantidade de energia W na quantidade de calor Q, ou vice-versa, o quociente de W por Q é constante, quaisquer que sejam W e Q ”. Significa que:

Quando a corrente de intensidade I circula por um condutor de resistência R durante o tempo t, a energia necessária para que essa corrente circule vale:
                                                                   W= RI²t = VIt

A condução térmica é a propagação de calor no interior de um corpo sólido, aquecido irregularmente ou entre corpos sólidos distintos em contato direto.
 As correntes induzidas pelo campo magnético variável gerado pela bobina excitada por meio da corrente alternada (de rede) promovem um aquecimento na peça de aço. O recipiente de alumínio está em contato direto com a peça e, por isso, o calor gerado nela consegue aquecer o alumínio. Note que a condução térmica precisa de um meio material para ocorrer. A peça de aço é essencial nesse caso, pois é um material ferromagnético, onde a indução ocorre, e garante o aquecimento, uma vez que é difícil manusear e vazar peças se ferro, e, então, a indução seria prejudicada. O aço vai sofrer as influencias do campo magnético alternado, o que gerará correntes induzidas e a dissipação delas, o aquecimento. Por condução, o calor passará para o vasilhame de alumínio, um ótimo condutor térmico.

Aquecido o recipiente de alumínio, as camadas do fluido em contato com o recipiente recebem quantidades de calor e ficam mais aquecidas. As moléculas que compõem o fluido passam a se mover com maior intensidade, ocupando maior volume e tornando, assim, aquela massa de fluido menos densa. Dentro do líquido surgem as correntes de convecção, responsáveis pelo aquecimento homogêneo do fluido.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Efeito Joule.
 http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/termo/intro/
Acessado em 30/11/11, as 14 horas

Eletrodinâmica- Calor e Eletricidade.
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/termo/
Acessado em 30/11/11, as 14 horas

Convecção.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Convec%C3%A7%C3%A3o#Transmiss.C3.A3o_de_calor
Acesado em 30/11/11, as 14 horas

Condução Térmica
http://www.infoescola.com/termodinamica/conducao-termica/
Acessado em 30/11/11, as 13 horas