( ) 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.

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 h, 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 h mesmo em convecção natural. Valores típicos são:
h_{\rm líquido,\;natural}\approx 500\text{ a }1000\;\mathrm{W/m^2K},í
enquanto em convecção forçada de gases temos
h_{\rm gás,\;forçado}\approx 10\text{ a }100\;\mathrm{W/m^2K}.áç
Como um h 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 A e temperatura absoluta T segue a lei de Stefan–Boltzmann:
\dot{Q} = \epsilon\,\sigma\,A\bigl(T^4 - T_{\rm amb}^4\bigr),
onde \epsilon é a emissividade da superfície, \sigma é a constante de Stefan–Boltzmann e T_{\rm amb} é a temperatura do ambiente. A dependência em T^4 faz da radiação um mecanismo muito sensível à temperatura.

Resposta

  1. (I) convecção natural de líquidos.
  2. O calor se propaga por radiação na forma de ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material, seguindo a lei de Stefan–Boltzmann \dot{Q}=\epsilon\sigma A(T^4-T_{\rm amb}^4).

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