Com base na expressão abaixo, qual seria a equação para a condução unidimensional do calor na direção do raio, com geração de calor e em regime não estacionário?
Após escrever a equação interprete as componentes da equação resultante e descreva seu significado.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente pegar uma expressão geral de condução de calor e adaptá-la para um caso específico: condução unidimensional na direção do raio, com geração de calor e em regime não estacionário. Isso envolve entender a equação de condução de calor e simplificá-la para o que precisamos. Para resolver, vamos precisar conhecer as equações de condução térmica em coordenadas cilíndricas e entender conceitos como geração de calor e regime não estacionário.

Passo 2

Primeiro, vamos olhar a expressão geral que foi dada:
Essa equação é a equação de condução de calor em coordenadas cilíndricas para um meio com gera��ão de calor. Cada termo representa uma parte do processo de transferência de calor dentro do material.

Passo 3

Como queremos uma condução unidimensional na direção do raio, isso significa que a temperatura só varia com o raio r. Portanto, podemos simplificar a equação retirando as variações nas outras direções (ângulo φ e altura z). Assim, os termos que envolvem derivadas em φ e z desaparecem.

Passo 4

Removendo os termos que dependem de φ e z, a equação fica:
Aqui, é a densidade do material, é a capacidade térmica específica, é a temperatura, é a condutividade térmica, e representa a taxa de geração de calor por unidade de volume.

Passo 5

Vamos entender cada termo da equação simplificada:
  1. Termo à esquerda:
    • Significado: Representa a variação da energia interna do material com o tempo. É a quantidade de calor armazenada por unidade de volume que pode mudar ao longo do tempo (regime não estacionário).
  2. Primeiro termo à direita:
    • Significado: É o termo de condução de calor na direção radial. Ele descreve como o calor se propaga no material devido à diferença de temperatura ao longo do raio.
  3. Segundo termo à direita:
    • Significado: Representa a geração de calor interna, ou seja, o calor que é produzido dentro do material por processos como reações químicas ou resistências elétricas.

Passo 6

Portanto, a equação final para a condução unidimensional do calor na direção do raio, com geração de calor e em regime não estacionário, é:

Resposta

A equação para a condução unidimensional do calor na direção do raio, com geração de calor e em regime não estacionário é:

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