(Prefeitura Municipal de Santana do Livramento - 2021) Neste processo o calor é transferido pelo movimento do médio (líquido ou ar). A taxa de transmissão de calor ( \Delta \mathrm{Q} / \Delta \mathrm{t} ) do objeto quente para o meioque o rodeia é proporcional a área A do objeto e a diferença de temperatura Delta \mathrm{T} . \mathrm{A} informação acima refere-se: ( \mathbf{0 , 5} pontos)
a) Transferência de calor por convecção.
b) Transferência de calor por condução.
c) Transferência de calor por radiação térmica.
d) Transferência de calor por radiação térmica.
e) Nenhuma das alternativas.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e faz esta pergunta:
  • Informação: “Neste processo o calor é transferido pelo movimento do médio (líquido ou ar).”
  • Informação: “A taxa de transmissão de calor \dfrac{\Delta Q}{\Delta t} do objeto quente para o meio que o rodeia é proporcional à área A do objeto e à diferença de temperatura \Delta T.” Em símbolos: sabe-se que \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}\propto A e \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}\propto \Delta T.
  • Pergunta: qual alternativa (a), (b), (c), (d) ou (e) corresponde corretamente à descrição acima?

Passo 2

Entender a lei que descreve a situação: a equação que normalmente aparece quando o calor é transferido entre um objeto e um fluido em movimento (ar, água, etc.) é a chamada Lei de resfriamento de Newton, escrita como
\frac{\Delta Q}{\Delta t}=h\,A\,\Delta T.
Explicando cada termo:
  • \dfrac{\Delta Q}{\Delta t} é a taxa de transferência de calor (energia por unidade de tempo).
  • h é o coeficiente de transferência convectiva de calor (depende do fluido, da velocidade do fluido, da geometria e das condições de escoamento).
  • A é a área de troca térmica do objeto.
  • \Delta T é a diferença de temperatura entre a superfície do objeto e o meio.
    Note que nessa fórmula a taxa de calor é diretamente proporcional a A e a \Delta T, exatamente como o enunciado afirma.

Passo 3

Comparar com condução (para ver por que não é condução): a condução dentro de um sólido é descrita pela Lei de Fourier, numa forma simplificada para um corpo homogêneo unidimensional:
\frac{\Delta Q}{\Delta t}=-k\,A\,\frac{\Delta T}{L},
onde
  • k é a condutividade térmica do material,
  • L é a espessura (distância sobre a qual ocorre o gradiente de temperatura).
    Aqui a taxa depende do gradiente de temperatura \Delta T / L (isto é, da diferença dividida por uma distância), e não apenas da diferença de temperatura imediatamente entre superfície e meio. Além disso, a condução ocorre no interior de materiais sólidos, sem exigir movimento do meio.

Passo 4

Comparar com radiação térmica (para ver por que não é radiação): a radiação segue a Lei de Stefan–Boltzmann para trocas de calor por radiação entre superfícies (em forma simplificada):
\frac{\Delta Q}{\Delta t}=\varepsilon\,\sigma\,A\,(T^4-T_{\text{amb}}^4),
onde
  • \varepsilon é a emissividade da superfície,
  • \sigma é a constante de Stefan–Boltzmann,
  • T e T_{\text{amb}} são temperaturas absolutas (em kelvin).
    A dependência principal é com a diferença entre potências de temperatura quarta potencia, ou seja, proporcional a T^4-T_{\text{amb}}^4, não simplesmente a \Delta T linear.

Passo 5

Relacionar as informações do enunciado com as leis físicas:
  • O enunciado menciona explicitamente “movimento do meio (líquido ou ar)” — isso já sugere que o fluido em movimento participa do transporte de calor.
  • A proporcionalidade dada ( \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}\propto A e \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}\propto \Delta T) coincide com a forma linear da Lei de Newton da convecção, \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}=hA\Delta T.
  • Condução exige considerar um gradiente \Delta T/L e não depende do movimento do meio; radiação tem dependência em T^4. Portanto as características do enunciado não batem com condução nem com radiação.

Passo 6

Conclusão lógica do raciocínio: a descrição dada (movimento do meio presente e proporcionalidade linear com A e \Delta T) corresponde exatamente ao processo de transferência de calor por convecção, conforme a Lei de Newton do resfriamento.

Resposta

(a) Transferência de calor por convecção.

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