A equaçăo de conservação de energia na forma integral inclui termos associados a:
a) Calor transferido e trabalho realizado
b) Somente trabalho de ejeção
c) Perda
de carga
térmica
d) Difusão molecular apenas
a) Calor transferido e trabalho realizado
b) Somente trabalho de ejeção
c) Perda
de carga
térmica
d) Difusão molecular apenas
Passo 1
O enunciado pergunta qual alternativa descreve os termos que aparecem na equação de conservação de energia na forma integral. As alternativas são:
a) Calor transferido e trabalho realizado
b) Somente trabalho de ejeção
c) Perda de carga térmica
d) Difusão molecular apenas
a) Calor transferido e trabalho realizado
b) Somente trabalho de ejeção
c) Perda de carga térmica
d) Difusão molecular apenas
Informações relevantes implícitas no enunciado: a equação é a forma integral (ou balanceamento) da energia para um volume de controle, portanto envolve termos que representam variação de energia interna/total dentro do volume e trocas de energia através da superfície do volume de controle (como calor, trabalho e transporte por massa).
Passo 2
O que é a “forma integral” da equação de energia (explicação didática):
Quando usamos a forma integral, estamos olhando para um volume de controle (uma região fixa no espaço) e escrevendo um balanço do que entra, sai e é gerado no interior. Para energia isso significa: variação do conteúdo de energia dentro do volume = energia que entra/ sai por fluxo convectivo + energia que entra/ sai por condução/ radiação (calor) + trabalho realizado sobre/por o volume + fontes internas (como aquecimento volumétrico). Esse é o pensamento físico antes de escrever qualquer fórmula.
Quando usamos a forma integral, estamos olhando para um volume de controle (uma região fixa no espaço) e escrevendo um balanço do que entra, sai e é gerado no interior. Para energia isso significa: variação do conteúdo de energia dentro do volume = energia que entra/ sai por fluxo convectivo + energia que entra/ sai por condução/ radiação (calor) + trabalho realizado sobre/por o volume + fontes internas (como aquecimento volumétrico). Esse é o pensamento físico antes de escrever qualquer fórmula.
Passo 3
Apresentando a equação integral principal (fórmula) e explicando cada termo:
onde:
-
é a densidade do fluido; -
é a energia total por unidade de massa (energia interna mais energia cinética e potencial, se incluídas); -
é o volume de controle; é a superfície do volume de controle; é o campo de velocidade; é o vetor normal à superfície; -
representa calor transferido por condução e radiação através da superfície (fluxos térmicos, ex.: lei de Fourier para condução); -
representa trabalho de eixo (máquinas, bombas, turbinas); -
representa trabalho feito pelas forças de pressão e tensões na superfície (inclui o chamado flow work ou trabalho de escoamento); -
representa fontes volumétricas de calor (ex.: dissipação viscosa convertida em calor, aquecimento interno).
Explicação didática: a primeira integral temporal é a taxa de mudança da energia dentro do volume. A integral sobre a superfície com
é a energia transportada pela massa que atravessa a superfície. Os termos à direita somam tudo que adiciona ou retira energia sem envolver transporte convectivo: calor por condução/radiação e trabalho (em suas formas).
Passo 4
O que é o “calor transferido” na equação integral:
- Calor transferido aparece como fluxo térmico através da superfície do volume de controle, normalmente modelado pela lei de Fourier para condução:
(onde é a condutividade térmica e a temperatura). - Além da condução, pode haver transferência por radiação e convecção na interface fluido/superfície. Esses termos entram como
na equação integral.
Didática curta: calor é energia que cruza a fronteira devido a diferença de temperatura e mecanismos físicos (condução, convecção, radiação).
Passo 5
O que é o “trabalho realizado” na equação integral:
- Existem várias formas de trabalho que aparecem: trabalho de superfície devido à pressão (
), trabalho de eixo (máquinas), e trabalho associado às tensões viscosas na superfície. - Na forma integral convém separar o trabalho realizado por forças de corpo (p.ex. gravidade) e o trabalho por forças na superfície. O trabalho de escoamento (às vezes chamado de “flow work” ou trabalho de ejeção) aparece junto com o transporte convectivo quando escrevemos energia por unidade de massa
que já contém termos de fluxo.
Didática curta: trabalho é energia transferida por forças que deslocam superfícies ou fluido; portanto faz parte do balanço energético.
Passo 6
Por que as outras alternativas estão incorretas (explicação clara e amigável):
- Alternativa b) “Somente trabalho de ejeção”: errada porque a equação integral inclui não só trabalho, mas também calor transferido e transporte de energia por massa; então não é “somente” trabalho.
- Alternativa c) “Perda de carga térmica”: esse termo não é uma forma padrão na equação integral de energia. “Perda de carga” é um conceito hidráulico/energia mecânica (queda de pressão/energia por atrito), e “térmica” junta conceitos que não correspondem diretamente ao que a equação integral de energia lista como termos. Em outras palavras, essa alternativa mistura conceitos e não descreve os termos gerais da equação.
- Alternativa d) “Difusão molecular apenas”: a difusão molecular (p.ex. condução térmica) é um mecanismo que contribui para o termo de calor, mas não é o único termo. A equação integral inclui trabalho e transporte convectivo, então dizer “apenas difusão molecular” é insuficiente.
Passo 7
Resumo físico e conclusão pedagógica (me explicando como lembrar disso na prova):
Na hora da prova, pense: a conservação de energia para um volume de controle = “o que muda dentro = o que entra menos o que sai + o que é gerado”. Pergunte-se: existe calor atravessando a fronteira? Existe trabalho sendo feito por forças ou máquinas? Existe energia entrando pela massa que atravessa a superfície? Se a resposta para calor e trabalho for sim, então a alternativa que cita ambos é a certa. Isso te ajuda a eliminar as alternativas que falam em “somente” um mecanismo ou em termos estranhos.
Na hora da prova, pense: a conservação de energia para um volume de controle = “o que muda dentro = o que entra menos o que sai + o que é gerado”. Pergunte-se: existe calor atravessando a fronteira? Existe trabalho sendo feito por forças ou máquinas? Existe energia entrando pela massa que atravessa a superfície? Se a resposta para calor e trabalho for sim, então a alternativa que cita ambos é a certa. Isso te ajuda a eliminar as alternativas que falam em “somente” um mecanismo ou em termos estranhos.
Resposta
(a)