- (RA1) Complete qual o principal processo de transmissão de calor relacionada a cada afirmativa.
d) O congelador de uma geladeira, instalado na parte superior, tem por objetivo provocar a transmissão do calor por
.
Passo 1
O enunciado pede para completar a frase dizendo qual é o principal processo de transmissão de calor relacionado à afirmação: “O congelador de uma geladeira, instalado na parte superior, tem por objetivo provocar a transmissão do calor por ____.”
Informações dadas:
Informações dadas:
- Há um congelador localizado na parte superior da geladeira.
- Deve-se indicar qual modo de transferência de calor é o que o congelador explora principalmente.
Passo 2
Vamos revisar, de forma introdutória e didática, quais são os três modos fundamentais de transferência de calor. Isso ajuda a ver qual se encaixa melhor no caso da geladeira.
- Condução (condução térmica)
- O que é: transferência de energia térmica por contato direto entre moléculas de um sólido (ou entre camadas muito próximas de um fluido), sem movimento macroscópico do material.
- Lei e fórmula básica (Lei de Fourier):
onde
é a taxa de calor transferida (W),
é a condutividade térmica do material (W/m·K),
é a área através da qual o calor flui (m^2) e
é o gradiente de temperatura (K/m).
- Exemplo simples: aquecer uma colher de metal pelo cabo quando a ponta está no fogo — o calor passa ao longo do metal por condução.
Passo 3
- Radiação térmica
- O que é: emissão de energia por ondas eletromagnéticas (infravermelho, etc.), que não precisa de meio material para ocorrer (pode ocorrer no vácuo).
- Lei e fórmula básica (Lei de Stefan–Boltzmann, para uma superfície aproximada):
onde
é a potência radiada (W),
é a emissividade da superfície (adimensional),
é a constante de Stefan–Boltzmann (
),
é área (m^2) e as temperaturas estão em Kelvin (K).
- Exemplo simples: sentir o calor do sol ou de uma chapa quente sem tocá-la — é radiação.
Passo 4
- Convecção (transferência por convecção)
- O que é: transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento relativo (ou em movimento natural), envolvendo transporte do calor pelo próprio movimento macroscópico do fluido. Pode ser:
- Convecção forçada: o fluido é movido por um ventilador, bomba, etc.
- Convecção natural (livre): o movimento do fluido é causado por diferenças de densidade devido a diferenças de temperatura (isto é, o aquecimento/esfriamento muda a densidade e isso gera fluxo).
- Lei empírica (Lei de resfriamento de Newton, forma prática):
onde
é a taxa de calor (W),
é o coeficiente de transferência convectiva (W/m^2·K),
é a área de troca (m^2),
é a temperatura da superfície (K ou °C) e
é a temperatura do fluido longe da superfície.
- Por que ocorre a convecção natural: fluidos quentes tendem a ficar menos densos e subir; fluidos mais frios tendem a ficar mais densos e descer. Uma diferença de temperatura provoca circulação natural que transporta calor.
- Exemplo simples: ar aquecido por um radiador sobe e o ar frio desce; é assim que a sala troca calor com o radiador sem ventilador.
Passo 5
Aplicando isso ao caso da geladeira com o congelador no topo:
- O congelador resfria o ar imediatamente próximo a ele. Ar mais frio tem maior densidade do que ar mais quente (para pressão aproximadamente constante, a relação vem da equação dos gases ideais
, mostrando que aumenta quando diminui). - Esse ar frio e mais denso tende a descer para as prateleiras abaixo, empurrando o ar mais quente para cima, que então encontra a região do congelador e é resfriado — formando uma circulação contínua. Esse transporte de calor por movimento do ar é exatamente convecção, no caso específica convecção natural (não é preciso um ventilador para ocorrer, é a diferença de densidade/temperatura que gera o movimento).
- Nota prática: existe também condução nas paredes e alguma radiação entre partes internas, mas o mecanismo que o desenho do congelador no topo explora intencionalmente para distribuir o frio pelo interior é o movimento do ar (convecção).
Passo 6
Dica rápida para prova (como responder sucintamente): pense “o que faz o ar se mexer e levar calor embora?”. Se for o movimento do fluido (ar) por diferença de temperatura sem ventilador, escreva “convecção natural”; se houver ventilador, escreva “convecção forçada”. No caso clássico do congelador no topo da geladeira a resposta aceita é “convecção” (mais precisamente, convecção natural).
Resposta
convecção (convecção natural)