a) Explique o que é a condução de calor.
Explique o que é o processo de convecção. Dê exemplos.

Passo 1

O enunciado pede para definirmos e exemplificarmos dois modos de transferência de calor: a condução e a convecção. O conteúdo envolvido é transferência de calor por meio de gradiente de temperatura (condução) e por meio de fluxo de fluido (convecção).

Passo 2

Condução é o processo de transferência de energia térmica entre regiões de um mesmo corpo ou entre corpos em contato direto, sem movimento macroscópico de matéria. Microscopicamente, ocorre por colisões e agitação de moléculas e elétrons livres. A lei de Fourier descreve a densidade de fluxo térmico em uma dimensão:
q_x = -\,k\,\frac{\mathrm{d}T}{\mathrm{d}x}
onde q_x é o fluxo de calor por unidade de área, k é a condutividade térmica do material e \mathrm{d}T/\mathrm{d}x é o gradiente de temperatura.

Passo 3

Exemplos de condução:
  1. Aquecimento de uma extremidade de uma barra metálica: o calor flui para a outra extremidade sem que o metal se desloque.
  2. Isolamento térmico em paredes: materiais de baixa condutividade reduzindo o fluxo q_x através da parede.

Passo 4

Convecção é o processo de transferência de calor entre uma superfície sólida e um fluido em movimento (líquido ou gás). Há transporte de energia tanto por condução local na interface quanto pelo movimento de massa do fluido. A lei de resfriamento de Newton expressa o fluxo convectivo:
Q = h\,A\,(T_s - T_\infty)
onde Q é a taxa de calor, h é o coeficiente de transferência convectiva, A é a área de troca, T_s é a temperatura da superfície e T_\infty é a temperatura do fluido distante.

Passo 5

Exemplos de convecção:
  1. Convecção livre: aquecimento de uma panela na chama; o fluido se move por variações de densidade (água quente sobe).
  2. Convecção forçada: resfriamento de um motor com ventilador; o ar forçado a passar sobre a superfície remove calor rapidamente.

Resposta

Condução de calor é a transferência de energia térmica em um meio estacionário devido a diferenças de temperatura, descrita pela lei de Fourier ( q_x=-k\,\mathrm{d}T/\mathrm{d}x), por exemplo numa barra metálica aquecida em uma extremidade.
Convecção é a transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento, combinando condução local e transporte de massa, descrita pela lei de Newton ( Q=hA(T_s-T_\infty)), com exemplos em convecção livre (água fervendo) e forçada (ar forçado por um ventilador).

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