Analise as afirmações a seguir sobre os processos de propagação de calor.
I. Convecção é o processo de transmissão de energia térmica feito de partícula para partícula, sem que haja transporte de matéria de uma região para outra.
II. Condução é o processo de transmissão de energia térmica feito por meio do transporte da matéria de uma região para outra.
III. Radiação é o processo que consiste na transmissão de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em outros meios materiais.
Analisando as afirmações, é correto apenas o que se declara em
a) I.
b) II.
c) III.
d) I e III.
e) II e III.
I. Convecção é o processo de transmissão de energia térmica feito de partícula para partícula, sem que haja transporte de matéria de uma região para outra.
II. Condução é o processo de transmissão de energia térmica feito por meio do transporte da matéria de uma região para outra.
III. Radiação é o processo que consiste na transmissão de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em outros meios materiais.
a) I.
b) II.
c) III.
d) I e III.
e) II e III.
Passo 1
O enunciado apresenta três afirmações sobre processos de propagação de calor e pede que identifiquemos quais são corretas. As afirmações são:
I. Convecção é o processo de transmissão de energia térmica feito de partícula para partícula, sem que haja transporte de matéria de uma região para outra.
II. Condução é o processo de transmissão de energia térmica feito por meio do transporte da matéria de uma região para outra.
III. Radiação é o processo que consiste na transmissão de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em outros meios materiais.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: as três definições acima (I, II, III). A pergunta é: quais dessas afirmações são corretas (escolher a alternativa correta entre
a
).
Passo 2
Vamos fixar as definições corretas, bem mastigadas, para podermos confrontá-las com cada afirmação. Aqui vem a “aula curta e direta” sobre cada modo de transferência de calor.
Condução:
- Definição verbal: condução é a transferência de energia térmica devido à interação direta entre partículas vizinhas (átomos, moléculas, elétrons) — ou seja, energia passa de partícula para partícula sem haver um transporte macroscópico de massa.
- Onde ocorre: em sólidos (muito importante) e também em líquidos e gases, embora seja dominante em sólidos.
- Fórmula simples associada: a lei de Fourier (forma escalar 1D ou gradiente geral). Em forma vetorial geral:
onde
é o fluxo de calor por unidade de área (W/m²),
é a condutividade térmica (W/m·K) e
é o gradiente de temperatura. Explicação: o sinal negativo indica que o calor flui no sentido de diminuição da temperatura.
Convecção:
- Definição verbal: convecção é a transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento, necessária a presença de transporte macroscópico de massa do fluido (correntes) — ou seja, o fluido carrega energia térmica ao se mover.
- Tipos: convecção forçada (vento, bomba) e convecção natural (movimentos gerados por diferenças de densidade/temperatura — exemplo: água aquecida sobe).
- Fórmula de uso prático (Lei de resfriamento de Newton):
onde
é a taxa de transferência de calor (W),
é o coeficiente convectivo (W/m²·K),
é a área (m²),
é a temperatura da superfície e
é a temperatura do fluido distante. Explicação: aqui o transporte de calor depende do escoamento do fluido.
Radiação:
- Definição verbal: radiação térmica é a emissão e recepção de energia na forma de ondas eletromagnéticas; não requer meio material — ocorre no vácuo e em meios materiais.
- Lei prática: Lei de Stefan–Boltzmann para um corpo cinza:
onde
é a emissividade (adimensional,
),
é a constante de Stefan–Boltzmann (
),
é área (m²),
e
são temperaturas absolutas (K). Explicação: radiação depende fortemente da temperatura (quarta potência).
Passo 3
Comparando as definições corretas com a afirmação I.
Afirmação I diz: “Convecção é o processo de transmissão de energia térmica feito de partícula para partícula, sem que haja transporte de matéria de uma região para outra.”
- Pela definição correta (ver Passo 2), transmitir “de partícula para partícula sem transporte de matéria” é precisamente a definição de condução, não de convecção.
- Além disso, convecção requer transporte macroscópico de massa do fluido (contrariando a parte “sem transporte de matéria”).
Conclusão: a afirmação I é falsa.
Passo 4
Comparando definições com a afirmação II.
Afirmação II diz: “Condução é o processo de transmissão de energia térmica feito por meio do transporte da matéria de uma região para outra.”
- Pela definição correta, condução NÃO envolve transporte macroscópico de massa; envolve transferência por interações locais entre partículas.
- A descrição dada em II corresponde à convecção (transporte de calor por movimento do fluido).
Conclusão: a afirmação II é falsa.
Passo 5
Comparando definições com a afirmação III.
Afirmação III diz: “Radiação é o processo que consiste na transmissão de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas. Ocorre tanto no vácuo quanto em outros meios materiais.”
- Isso bate exatamente com a definição correta de radiação térmica: é por ondas eletromagnéticas e não precisa de meio material (por isso o Sol aquece a Terra através do vácuo).
- Também é verdade que radiação pode ocorrer quando há meio material presente (as ondas interagem, podem ser absorvidas, espalhadas, etc.), então a afirmação inclui corretamente ambos os casos.
Conclusão: a afirmação III é verdadeira.
Passo 6
Resumo lógico final antes da resposta: I é falsa (confunde condução com convecção), II é falsa (confunde condução com convecção), III é verdadeira (definição correta de radiação). Portanto apenas a afirmação III está correta.
Resposta
c) III.