( ) 3. Quais os modos ou mecanismos através dos quais o calor pode ser transferido em sistemas?

Passo 1

O enunciado pergunta quais são os modos ou mecanismos pelos quais o calor se transfere entre sistemas. Isso faz parte do conteúdo de transferência de calor em termodinâmica e mecânica dos fluidos. Para responder, precisamos recorrer aos três mecanismos clássicos: condução, convecção e radiação.

Passo 2

Condução é o processo de transferência de energia térmica no interior de um corpo ou entre corpos em contato direto, devido ao movimento vibracional e colisional das moléculas. A teoria básica é a lei de Fourier, que em forma vetorial se escreve:
\mathbf{q} = -k\,\nabla T
onde \mathbf{q} é o vetor densidade de fluxo de calor, k é a condutividade térmica do material e \nabla T é o gradiente de temperatura. Condução ocorre em sólidos, líquidos ou gases, mas é mais expressiva em sólidos.

Passo 3

Convecção envolve o transporte de calor por meio do movimento de massa de um fluido (líquido ou gás). Há duas partes: a condução na camada limite junto à superfície e o transporte advectivo pelo escoamento do fluido. Em muitos problemas práticos usamos a lei de resfriamento de Newton:
q'' = h\,\bigl(T_s - T_\infty\bigr)
onde q'' é o fluxo de calor por área, h é o coeficiente convectivo, T_s é a temperatura da superfície e T_\infty é a temperatura do fluido longe da superfície.

Passo 4

Radiação é a transferência de energia térmica por ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material. Qualquer corpo em temperatura acima do zero absoluto emite radiação. Para superfícies cinzentas difusas, adota-se a lei de Stefan–Boltzmann:
q'' = \varepsilon\,\sigma\,\bigl(T_s^4 - T_{\text{amb}}^4\bigr)
onde \varepsilon é a emissividade, \sigma é a constante de Stefan–Boltzmann e T_{\text{amb}} é a temperatura do ambiente radiante.

Resposta

Os três modos de transferência de calor são condução, convecção e radiação.

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