A convecção é um mecanismo fundamental de transferência de calor que ocorre quando um fluido, como ar ou água, se move e transporta energia térmica. Em muitos contextos práticos, como no resfriamento de equipamentos eletrônicos ou no aquecimento de ambientes, a convecção desempenha um papel crucial na eficiência térmica. Esse processo pode ser influenciado por diversos fatores, incluindo a velocidade do fluido, a viscosidade e a geometria das superfícies envolvidas.
A seguir, foram feitas várias afirmações sobre os princípios e aplicações da convecção térmica. Avalie cada uma das afirmações e determine se são verdadeiras ou falsas com base no entendimento dos conceitos de convecção.
I. A convecção é um processo que envolve não apenas a transferência de energia térmica, mas também a transferência de massa.
II. A taxa de calor trocada por convecção pode ser estimada utilizando a Lei de Fourier, que relaciona propriedades como coeficiente de condutividade térmica, área, diferença de temperatura e espessura da superfície condutora.
III. O posicionamento de sistemas de ar-condicionado na parte superior das residências promove a circulação de ar, o que pode contribuir para a economia de energia no resfriamento do ambiente devido ao aproveitamento das correntes convectivas.
IV. A Lei do Resfriamento de Newton pode ser usada para estimar a taxa de calor envolvida no processo de convecção. Esse modelo mostra que a taxa de calor convectiva é diretamente proporcional ao coeficiente de transferência de calor, à área da superfície e à diferença de temperatura entre a superfície e o fluido.
Após a leitura atenta das alternativas acima concluímos que as afirmações verdadeiras são:
a) Apenas I, III e IV
b) Apenas I e III
c) Apenas III e IV
d) Apenas III
e) Apenas I e IV

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o exercício pede. Ele dá quatro afirmações sobre convecção térmica e quer que a gente diga quais são verdadeiras e quais são falsas.
Conteúdo: transferência de calor por convecção, Lei de Fourier (que é para condução) e Lei do Resfriamento de Newton (que vale para convecção).
O que vamos precisar:
  • Definição de convecção (transporte de energia térmica via movimento de fluido, ou seja, massa em movimento)
  • Lei de Fourier e sua fórmula (para condução)
  • Lei do Resfriamento de Newton e sua fórmula (para convecção)

Passo 2

Afirmação I: “A convecção é um processo que envolve não apenas a transferência de energia térmica, mas também a transferência de massa.”
Explicando a teoria: na convecção o fluido se movimenta e carrega consigo energia interna (calor). Quando o fluido se desloca, há também transporte de massa (o próprio fluido).
Logo, a afirmação I está correta (Verdadeira).

Passo 3

Afirmação II: “A taxa de calor trocada por convecção pode ser estimada utilizando a Lei de Fourier, que relaciona condutividade térmica, área, diferença de temperatura e espessura.”
Teoria: a Lei de Fourier
dot Qcond = -,k,A,De
é exclusiva para condução, não para convecção. Na convecção usamos outra lei (Newton).
Portanto, a afirmação II é Falsa.

Passo 4

Afirmação III: “O posicionamento de sistemas de ar-condicionado na parte superior das residências promove a circulação de ar, aproveitando correntes convectivas.”
Teoria: ar frio é mais denso e desce, ar quente sobe. Colocar a saída de ar frio no alto faz com que o ar frio desça pelo cômodo e empurre o ar quente para cima, ajudando na circulação natural.
Então essa afirmação é Verdadeira.

Passo 5

Afirmação IV: “A Lei do Resfriamento de Newton pode ser usada para estimar a taxa de calor envolvida no processo de convecção. Esse modelo mostra que
dot Qconv = h,A,(Ts - Tinfty)
isto é, proporcional a , e .”
Teoria: exatamente essa é a Lei de Newton do resfriamento para convecção.
Logo, afirmação IV é Verdadeira.

Resposta

As afirmações verdadeiras são I, III e IV. Portanto, a alternativa correta é a) Apenas I, III e IV.

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