( ) 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:
onde
é o vetor densidade de fluxo de calor,
é a condutividade térmica do material e
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:
onde
é o fluxo de calor por área,
é o coeficiente convectivo,
é a temperatura da superfície e
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:
onde
é a emissividade,
é a constante de Stefan–Boltzmann e
é a temperatura do ambiente radiante.
Resposta
Os três modos de transferência de calor são condução, convecção e radiação.