- (RA1) Complete qual o principal processo de transmissão de calor relacionada a cada afirmativa.
e) Para facilitar a retirada de uma tampa metálica presa num vidro pode-se derramar água quente na tampa para que o calor, transmitido por
provoque a dilatação da mesma.
Passo 1
O enunciado pede para completar a lacuna indicando qual é o principal processo de transmissão de calor relacionado à situação: derramar água quente sobre uma tampa metálica presa a um vidro para que o calor, transmitido por (_____ ), provoque a dilatação da tampa e facilite sua remoção.
Informações dadas (retirei diretamente do enunciado):
Informações dadas (retirei diretamente do enunciado):
- Há água quente em contato com a tampa metálica.
- O objetivo é aquecer a tampa para que ela sofra dilatação térmica e solte do vidro.
- Precisa-se indicar o processo de transferência de calor responsável por esse aquecimento.
Passo 2
Vamos rever, de maneira simples e prática, os três processos fundamentais de transmissão de calor — assim fica mais claro qual se aplica aqui.
-
Condução: é a transferência de calor que ocorre dentro de um material sólido (ou entre materiais em contato) por meio de colisões e interação entre moléculas/átomos sem que haja movimento macroscópico do material. Exemplo: uma colher de metal fica quente de uma ponta à outra quando a outra ponta fica numa chama.
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Convecção: é a transferência de calor entre um fluido (líquido ou gás) e uma superfície sólida ou dentro do próprio fluido, envolvendo movimento do fluido. Tem duas modalidades: natural (movimento devido a diferenças de densidade/temperatura) e forçada (quando se usa uma corrente de ar, bomba, etc.). Exemplo: água quente em contato com a superfície de uma tampa aquece essa superfície por movimento do líquido e troca térmica na interface.
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Radiação: é transferência de energia por ondas eletromagnéticas; não precisa de meio material. Exemplo: o calor do sol chega pela radiação; um corpo quente emite radiação térmica que pode aquecer outro mesmo à distância.
Passo 3
Aplicando cada definição ao caso prático:
- A água quente está em contato direto com a superfície da tampa. A troca de calor entre a água (um fluido) e a superfície metálica ocorre por interação entre o fluido em movimento e a superfície — isto é a descrição física do processo que chamamos de convecção. A convecção faz com que a camada superficial da tampa aqueça rapidamente.
- Depois que a superfície da tampa é aquecida, o calor se espalha por toda a peça metálica principalmente por condução (dentro do metal, por interação entre átomos). Ou seja, há dois passos: primeiro a transferência água→superfície (fluido→sólido) — que é convecção — e em seguida calor dentro do metal — que é condução.
- A radiação tem papel muito pequeno nessa situação comparado com a troca direta com água quente.
Passo 4
Por que isso ajuda a soltar a tampa? Ao aquecer a tampa, sua dimensão aumenta por dilatação térmica. A fórmula mais simples para dilatação linear de um corpo é:
onde:
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é o acréscimo no comprimento (ou dimensão) da peça; -
é o coeficiente de dilatação linear do material (constante característica do metal); -
é a dimensão inicial (por exemplo, o diâmetro da tampa); -
é o aumento de temperatura da peça.
Explicando em palavras: se a tampa aquece (tem
), ela aumenta seu tamanho proporcionalmente a
e a
. Mesmo um pequeno aumento na dimensão pode reduzir o aperto entre tampa e vidro, permitindo que ela seja girada ou retirada com menos esforço.
Passo 5
Resumo do raciocínio (sem repetir a palavra final ainda): o processo que primeiro leva o calor da água quente para a superfície da tampa é o mesmo tipo de transferência que ocorre entre um fluido em movimento e uma superfície sólida; esse processo é claramente o mecanismo dominante que faz a tampa aquecer rapidamente ao se derramar água quente sobre ela. A condução atua depois dentro do metal para espalhar o calor, e a radiação é irrelevante nesse contexto.
Resposta
convecção