Forneça as seguintes definições, incluindo as respectivas equações matemáticas, explicando o que é cada termo:
  • Condução;
  • Convecção:
  • Radiação.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me pediu para definir Condução, Convecção e Radiação, incluindo as equações matemáticas e explicando cada termo. Vamos usar conceitos de transferência de calor para isso.

Passo 2

Condução
Condução é a transferência de calor que acontece dentro de um material sólido, quando as moléculas vibram e transmitem energia umas para as outras. Imagine uma barra de metal aquecida em uma das extremidades; o calor se propaga para a outra extremidade por condução.
A equação que descreve a condução é a Lei de Fourier:
q = -k cdot A cdot dTdx
  • é a taxa de transferência de calor (W).
  • é a condutividade térmica do material (W/m·K).
  • é a área através da qual o calor está sendo transferido (m²).
  • é o gradiente de temperatura no material (K/m).
O sinal negativo indica que o calor flui na direção de menor temperatura.

Passo 3

Convecção
Convecção é a transferência de calor que ocorre em fluidos (líquidos ou gases) devido ao movimento das partículas do fluido. Pode ser natural, quando o movimento é causado por diferenças de densidade devido à temperatura, ou forçada, quando há uma fonte externa movendo o fluido, como um ventilador.
A equação da convecção é dada pela Lei de Resfriamento de Newton:
q = h cdot A cdot (Ts - Tinfty)
  • é a taxa de transferência de calor (W).
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção (W/m²·K).
  • é a área de superfície através da qual o calor está sendo transferido (m²).
  • é a temperatura da superfície (K).
  • é a temperatura do fluido longe da superfície (K).

Passo 4

Radiação
Radiação é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas, sem a necessidade de um meio material. Todo objeto com temperatura acima do zero absoluto emite radiação térmica.
A equação da radiação é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann:
q = epsilon cdot sigma cdot A cdot (T^4s - T^4infty)
  • é a taxa de transferência de calor por radiação (W).
  • é a emissividade da superfície (adimensional, entre 0 e 1).
  • é a constante de Stefan-Boltzmann ( ²).
  • é a área da superfície emissora (m²).
  • é a temperatura da superfície (K).
  • é a temperatura do ambiente (K).
A diferença das temperaturas elevadas à quarta potência mostra como a radiação aumenta rapidamente com a temperatura.

Resposta

Condução
É a transferência de calor através de um material sólido pela vibração das moléculas. A equação é:
q = -k cdot A cdot dTdx
Convecção
É a transferência de calor em fluidos devido ao movimento das partículas. A equação é:
q = h cdot A cdot (Ts - Tinfty)
Radiação
É a transferência de calor por ondas eletromagnéticas sem necessidade de meio material. A equação é:
q = epsilon cdot sigma cdot A cdot (T^4s - T^4infty)

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