Você já vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Considere duas situações hipotéticas descritas a seguir. Situação A: Em uma viagem de carro, você estende sua mão para fora da janela do veículo para examinar a temperatura externa. Situação B: Para verificar a temperatura de um rio, você mergulha sua mão na água corrente. Sabendo que: em ambos os casos a superfície da sua mão está a uma temperatura de 30°C; tanto a temperatura do ar quanto da água em ambas situações é de 10°C; o vento atinge sua mão com uma velocidade de 72 km/h (situação A); a velocidade do rio corrente é 1 m/s (situação B); os coeficientes de convecção podem ser estimados em 10 W/m2·K para o ar e 300 W/m2·K para a água. A partir do texto acima, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas. I. Em ambas as situações o calor é removido da sua mão por convecção, sendo que na situação A a sensação de frio será maior do que na situação B. PORQUE II. O processo de transferência de calor por convecção está relacionado apenas com a velocidade do escoamento do fluido, sendo que quanto maior a velocidade, mais calor é transferido, independente do fluido ser a água ou o ar. Escolha uma: a. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I. b. As asserções I e II são proposições falsas. c. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I. d. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa. e. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão trata de transferência de calor por convecção, que é como o calor é transferido através de um fluido em movimento, tipo o ar ou a água. Temos duas situações: uma é segurar a mão na janela de um carro em movimento (Situação A) e a outra é mergulhar a mão em um rio corrente (Situação B). Precisamos analisar se, em ambas as situações, o calor é removido da mão por convecção e se a velocidade do fluido influencia essa transferência de calor da mesma maneira para ar e água.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é convecção. É um processo de transferência de calor que ocorre devido ao movimento de um fluido (ar ou água) que carrega energia térmica de um lugar para outro. A quantidade de calor transferido por convecção pode ser calculada pela fórmula:
Q = h times A times De
Onde:
  • $ Q $ é a taxa de transferência de calor (W)
  • $ h $ é o coeficiente de convecção (W/m²·K)
  • $ A $ é a área de troca térmica (m²)
  • $ \Delta T $ é a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido (K)

Passo 3

Na situação A:
  • $ h = 10 $ W/m²·K (para o ar)
  • $ \Delta T = 30°C - 10°C = 20°C $
  • Velocidade do vento: 72 km/h = 20 m/s
Na situação B:
  • $ h = 300 $ W/m²·K (para a água)
  • $ \Delta T = 30°C - 10°C = 20°C $
  • Velocidade da água: 1 m/s

Passo 4

Vamos calcular a taxa de transferência de calor para ambas as situações, assumindo que a área $ A $ é a mesma em ambas.
Para Situação A:
A W
Para Situação B:
QA = 10 times A times 20 = 200A W

Passo 5

Observando os valores calculados:
  • Na Situação A, a taxa de transferência de calor é 200A W.
  • Na Situação B, a taxa de transferência de calor é 6000A W.
Isso mostra que, mesmo com a velocidade do vento maior na Situação A, o coeficiente de convecção da água é muito maior, resultando em mais calor sendo removido da mão na Situação B.

Passo 6

Agora, analisando as asserções:
I. Em ambas as situações o calor é removido da sua mão por convecção, sendo que na situação A a sensação de frio será maior do que na situação B.
II. O processo de transferência de calor por convecção está relacionado apenas com a velocidade do escoamento do fluido, sendo que quanto maior a velocidade, mais calor é transferido, independente do fluido ser a água ou o ar.
A partir dos cálculos, a sensação de frio é maior na Situação B, já que mais calor é retirado. Portanto, a asserção I está falsa.
Quanto à asserção II, ela afirma que apenas a velocidade influencia, ignorando o fato de que o coeficiente de convecção também é fundamental e varia de acordo com o fluido. Isso torna a asserção II falsa.

Resposta

b. As asserções I e II são proposições falsas.

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