1. (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:
  • 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.
  1. 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):
\dot{q} = -k A \frac{dT}{dx}
onde \dot{q} é a taxa de calor transferida (W), k é a condutividade térmica do material (W/m·K), A é a área através da qual o calor flui (m^2) e \dfrac{dT}{dx} 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

  1. 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):
\dot{Q} = \varepsilon \sigma A \left(T_{\text{superfície}}^{4} - T_{\text{ambiente}}^{4}\right)í
onde \dot{Q} é a potência radiada (W), \varepsilon é a emissividade da superfície (adimensional), \sigma é a constante de Stefan–Boltzmann ( \sigma \approx 5{,}67\times10^{-8}\\ \mathrm{W/m^{2}K^{4}}), A 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

  1. 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):
\dot{Q} = h A \left(T_{\text{superfície}} - T_{\infty}\right)í
onde \dot{Q} é a taxa de calor (W), h é o coeficiente de transferência convectiva (W/m^2·K), A é a área de troca (m^2), T_{\text{superfície}}í é a temperatura da superfície (K ou °C) e T_{\infty} 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 \rho = \dfrac{p}{R T}, mostrando que \rho aumenta quando T 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)

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