Forneça as seguintes definições, incluindo as respectivas equações matemáticas, explicando o que é cada termo:
- Condução;
- Conveçãã:
- Radiação.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede pra gente definir três modos de transferência de calor: Condução, Convecção e Radiação. Esses conceitos fazem parte da matéria de Termodinâmica ou Transferência de Calor. Pra resolver, vamos precisar entender o que cada modo significa e quais são as equações que descrevem cada um deles, além de explicar os termos dessas equações.
Passo 2
Condução
A condução é o processo de transferência de calor através de um material sólido, de uma região com temperatura mais alta para uma com temperatura mais baixa, sem que o material em si se mova. Imagina uma colher de metal aquecendo na ponta colocada na panela quente; o calor se propaga pela colher até a outra ponta.
A equação que descreve a condução é a Lei de Fourier:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (em watts, W). -
é a condutividade térmica do material (em W/m·K). -
é a área pela qual o calor está sendo transferido (em m²). -
é a diferença de temperatura entre as duas extremidades (em K ou ��C). -
é a espessura do material (em metros).
O sinal negativo indica que o calor flui na direção de redução de temperatura.
Passo 3
Convecção
A convecção envolve a transferência de calor através do movimento de fluidos (líquidos ou gases). Isso pode acontecer de duas formas: natural, quando o movimento do fluido é causado pela diferença de densidade devido à variação de temperatura, ou forçada, quando um meio externo, como um ventilador ou uma bomba, movimenta o fluido.
A equação da convecção é dada pela Lei de Resfriamento de Newton:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (em W). -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção (em W/m²·K). -
é a área de superfície pela qual o calor está sendo transferido (em m²). -
é a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido (em K ou °C).
O coeficiente
depende das propriedades do fluido e das condições do fluxo.
Passo 4
Radiação
A radiação é a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas, sem necessidade de um meio material para se propagar. Todo corpo emite radiação de acordo com sua temperatura, e a quantidade de energia irradiada aumenta com a temperatura.
A equação que descreve a radiação é a Lei de Stefan-Boltzmann:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor por radiação (em W). -
é a constante de Stefan-Boltzmann ( ). -
é a emissividade do material (adimensional, varia de 0 a 1). -
é a área da superfície emissora (em m²). -
é a temperatura da superfície emissora (em K). -
é a temperatura do ambiente (em K).
A diferença
mostra que o calor irradiado depende diretamente das temperaturas envolvidas elevadas à quarta potência.
Resposta
Então, resumindo:
- Condução é a transferência de calor através de materiais sólidos, descrita pela Lei de Fourier.
- Convecção é a transferência de calor através do movimento de fluidos, descrita pela Lei de Resfriamento de Newton.
- Radiação é a transferência de calor por ondas eletromagnéticas, descrita pela Lei de Stefan-Boltzmann.
Cada modo de transferência de calor tem suas próprias características e equações que ajudam a entender como o calor se propaga em diferentes situações.
Exercícios relacionados
placa curva, fixa, que faz uma deflexão de
para cima, sem deformação do jato. Seu diâmetro e sua velocidade média são
e
, respectivamente. Desprezando as perdas de energia e o peso do fluido, obter a reação total e suas componentes.
Dados do problema 24
Dados do problema 24
Defina:
- Calor;
- Condutividade térmica;
- Difusividade térmica;
- Resistência térmica de contato.
Responda as questões abaixo:
A - A partir de um balanço de energia em um volume de controle, deduza a equação geral da condução de calor em coordenadas retangulares.
A - A partir de um balanço de energia em um volume de controle, deduza a equação geral da condução de calor em coordenadas retangulares.
Uma parede composta possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica
e
e espessura
. O terceiro material,
, que se encontra entre os materiais A e C , possui espessura
. Mas sua condutividade térmica kв é desconhecida. Medidas revelam que a temperatura externa da parede é
e a interna é
. A temperatura do ar no interior do forno é
. O coeficiente convectivo da parte interna do forno é conhecido e possui valor
. Represente graficamente o circuito térmico referente a esta configuração. Determine o valor de kb.