( ) 22. Em média, nas mesmas condições de diferenças de temperaturas, qual situação promove um resfriamento mais rápido de um sistema: (I) convecção natural de líquidos ou (II) convecção forçada de gases?
( ) 23. Explique como o calor se propaga por radiação.
( ) 23. Explique como o calor se propaga por radiação.
Passo 1
O enunciado traz duas questões de transferência de calor: a pergunta 22 compara o resfriamento por convecção natural em líquidos com o de convecção forçada em gases; a pergunta 23 pede uma explicação de como o calor se propaga por radiação. O conteúdo envolve conceitos de coeficiente convectivo e de emissão térmica por ondas eletromagnéticas.
Passo 2
Convecção é o mecanismo de troca de calor entre uma superfície e um fluido em movimento. Na convecção natural, o movimento do fluido surge de diferenças de densidade causadas pela variação de temperatura; na convecção forçada, o fluido é impulsionado por ventiladores ou bombas. O desempenho é medido pelo coeficiente de transferência convectiva
, que quantifica a taxa de calor transferido por unidade de área e de diferença de temperatura.
Em geral, líquidos apresentam maior condutividade térmica e maior densidade que gases, o que eleva o coeficiente mesmo em convecção natural. Valores típicos são:
Em geral, líquidos apresentam maior condutividade térmica e maior densidade que gases, o que eleva o coeficiente
enquanto em convecção forçada de gases temos
Como um
maior implica resfriamento mais rápido, a situação (I) vence a (II).
Passo 3
Radiação térmica é a emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas devido à agitação térmica das partículas de um corpo. Diferentemente de condução e convecção, a radiação não exige meio material para se propagar: o calor pode atravessar o vácuo.
A taxa de energia radiada por uma superfície de área e temperatura absoluta
segue a lei de Stefan–Boltzmann:
A taxa de energia radiada por uma superfície de área
onde
é a emissividade da superfície,
é a constante de Stefan–Boltzmann e
é a temperatura do ambiente. A dependência em
faz da radiação um mecanismo muito sensível à temperatura.
Resposta
- (I) convecção natural de líquidos.
- O calor se propaga por radiação na forma de ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material, seguindo a lei de Stefan–Boltzmann
.