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:
-
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:
-
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:
-
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 ( ). -
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:
É a transferência de calor através de um material sólido pela vibração das moléculas. A equação é:
Convecção
É a transferência de calor em fluidos devido ao movimento das partículas. A equação é:
É a transferência de calor em fluidos devido ao movimento das partículas. A equação é:
Radiação
É a transferência de calor por ondas eletromagnéticas sem necessidade de meio material. A equação é:
É a transferência de calor por ondas eletromagnéticas sem necessidade de meio material. A equação é: