QUESTÃO 4 - O cozimento rápido e eficiente dos fornos de micro-ondas fez deles um dos principais aparelhos nas cozinhas modernas. Discuta os mecanismos de transferência de calor associados com o cozimento de um frango em um forno de micro-ondas e um forno convencional e explique por que

Passo 1

O enunciado pede para comparar e discutir os mecanismos de transferência de calor no cozimento de um frango em dois tipos de forno — micro-ondas e convencional — e explicar por que o forno de micro-ondas costuma ser mais rápido e eficiente. O conteúdo envolve conceitos de condução, convecção, radiação térmica e aquecimento dielétrico.

Passo 2

No forno convencional, o frango é aquecido principalmente por três mecanismos combinados:
1. Convecção do ar quente: o interior do forno é aquecido a altas temperaturas (tipicamente 180 220\circC) e esse ar circulante transfere calor para a superfície do frango. A taxa de transferência por convecção é dada qualitativamente por
q_{\text{conv}} = h\,(T_{\text{ar}} - T_{\text{superfície}})í
onde h é o coeficiente de convecção.
2. Radiação térmica: as resistências ou as paredes quentes emitem radiação infravermelha que incide sobre a pele do frango, aquecendo-a diretamente.
3. Condução interna: o calor absorvido na superfície penetra no interior do frango por condução, seguindo a lei de Fourier,
\mathbf{q}_{\text{cond}} = -k\,\nabla T
onde k é a condutividade térmica do tecido. Como a condução é relativamente lenta, o interior demora a alcançar a temperatura de cozimento.

Passo 3

No forno de micro-ondas, o principal mecanismo é o aquecimento dielétrico volumétrico:
1. As micro-ondas (tipicamente 2,45 GHz) criam um campo elétrico oscilante que faz as moléculas de água e outras polares girarem e vibrar, convertendo energia eletromagnética em calor em todo o volume do frango, não apenas na superfície.
2. Não há necessidade de aquecer o ar interno do forno nem as paredes; quase toda a energia vai diretamente para o alimento.
3. A transferência interna de calor por condução ainda ocorre para suavizar gradientes, mas a fonte volumétrica uniforme reduz muito o tempo necessário para elevar a temperatura central.

Passo 4

Comparando os dois métodos:
  • No forno convencional, todo o calor primeiro passa pelo ar e pela superfície, e só depois penetra por condução, o que é relativamente lento.
  • No micro-ondas, o calor é gerado simultaneamente em toda a massa do frango, acelerando o aquecimento do núcleo.
  • Menos energia é dissipada para o ambiente, pois não é preciso manter grandes volumes de ar ou paredes do forno muito quentes.
  • Por outro lado, o forno convencional produz melhor caramelização e crocância da pele, pois atinge temperaturas superficiais mais elevadas.

Resposta

O forno convencional cozinha o frango por convecção do ar quente, radiação infravermelha e condução interna, aquecendo primeiro a superfície e depois o interior de modo relativamente lento. Já o forno de micro-ondas utiliza aquecimento dielétrico volumétrico, gerando calor diretamente em todas as moléculas de água do frango, o que acelera muito o aquecimento do núcleo e reduz perdas de energia, tornando o processo mais rápido e eficiente.

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