Explique o significado dos termos:
transferência de calor

Passo 1

O enunciado pede que a gente explique o que é “transferência de calor”. Esse conceito faz parte do campo de Mecânica dos Fluidos e de Termodinâmica Aplicada, onde tratamos do fluxo de energia que ocorre entre corpos ou dentro de um mesmo corpo devido a diferenças de temperatura. Para resolver, vamos definir calor como energia em trânsito, distinguir calor de temperatura e apresentar os três mecanismos básicos de transferência de calor.

Passo 2

Calor é energia em trânsito entre sistemas ou regiões de um mesmo sistema que ocorre exclusivamente em razão de uma diferença de temperatura. Diferente de temperatura (uma propriedade de um corpo), calor só existe enquanto flui. Em termos termodinâmicos, se dois corpos estão em contato térmico e têm temperaturas T_1 e T_2, o calor Q flui espontaneamente do corpo mais quente T_1 para o mais frio T_2 até o equilíbrio térmico T_1=T_2.

Passo 3

O primeiro mecanismo de transferência de calor é a condução. Na condução, a energia se propaga no interior de um meio sólido (ou estático) por colisão e vibração das moléculas vizinhas. A teoria básica usa a Lei de Fourier, que em forma vetorial escreve-se:
\mathbf{q} = -k\,\nabla T
onde \mathbf{q} é a densidade de fluxo de calor (W/ m^{2}), k é a condutividade térmica do material (W/ m\cdot K) e \nabla T é o gradiente de temperatura.

Passo 4

O segundo mecanismo é a convecção, que envolve transporte de calor entre uma superfície e um fluido em movimento (líquido ou gás). Há duas vertentes:
  • Convecção natural, quando o fluido se move devido a diferenças de densidade causadas pelo gradiente de temperatura.
  • Convecção forçada, quando a movimentação é imposta por uma bomba ou ventilador.
    Em engenharia costuma-se usar a Lei de Resfriamento de Newton:
q = h\,\bigl(T_{\text{superfície}} - T_{\infty}\bigr)í
onde h é o coeficiente de transferência convectiva (W/ m^{2}·K), T_{\text{superfície}}í a temperatura da parede e T_{\infty} a do fluido longe da parede.

Passo 5

O terceiro mecanismo é a radiação térmica, que é emissão e absorção de energia na forma de ondas eletromagnéticas. Diferente de condução e convecção, a radiação não precisa de meio material—ocorre até no vácuo. A lei fundamental é a de Stefan–Boltzmann:
q = \varepsilon\,\sigma\,\bigl(T_{\text{corpo}}^4 - T_{\text{amb}}^4\bigr)
onde \varepsilon é a emissividade do corpo (adimensional), \sigma a constante de Stefan–Boltzmann ( 5{,}67\times10^{-8} W/ m^{2}· K^{4}), T_{\text{corpo}} e T_{\text{amb}} as temperaturas absolutas (K).

Resposta

Transferência de calor é o processo de fluxo de energia entre regiões de diferentes temperaturas, ocorrendo por condução (difusão interna de energia), convecção (transporte via fluido em movimento) e radiação (emissão de ondas eletromagnéticas).

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