Quais são as formas de transferência de calor? c) Condução (determinada pela Lei de Fourier), convecção (pela Lei de Resfriamento de Newton), radiação (pela Lei de Stefan-Boltzmann) e advecção (pela Lei do Corpo Negro).
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. A pergunta é sobre as formas de transferência de calor e menciona quatro tipos: condução, convecção, radiação e advecção. Cada uma dessas formas está associada a uma lei específica da física. Para resolver isso, vamos entender cada tipo de transferência de calor e a lei que a descreve.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre condução. Condução é a transferência de calor através de um material sem que haja movimento do material como um todo. Imagine uma colher de metal na panela quente: o calor se propaga pela colher. A lei que descreve isso é a Lei de Fourier, que basicamente diz que o calor flui do lugar mais quente para o mais frio, e a quantidade de calor transferido depende da condutividade do material, da área e da diferença de temperatura.
A fórmula da Lei de Fourier é:
onde:
- $ q $ é a taxa de transferência de calor,
- $ k $ é a condutividade térmica do material,
- $ A $ é a área através da qual o calor está sendo transferido,
- $ \Delta T $ é a diferença de temperatura,
- $ d $ é a espessura do material.
Passo 3
Agora, vamos para a convecção. Convecção envolve a transferência de calor através do movimento de um fluido (líquido ou gás). Por exemplo, quando você esquenta a água em uma panela, o calor é distribuído pela movimentação da água quente que sobe e a água fria que desce. A lei associada é a Lei de Resfriamento de Newton, que estabelece que a taxa de perda de calor de um corpo é proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente.
A fórmula da Lei de Resfriamento de Newton é:
onde:
- $ q $ é a taxa de transferência de calor,
- $ h $ é o coeficiente de convecção,
- $ A $ é a área da superfície,
- $ T_{corpo} $ e $ T_{ambiente} $ são as temperaturas do corpo e do ambiente, respectivamente.
Passo 4
Vamos falar sobre radiação. Radiação é a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas, sem precisar de um meio material. Isso é como o calor do Sol chegando até a Terra. A lei que descreve a radiação é a Lei de Stefan-Boltzmann, que relaciona a energia irradiada por um corpo negro à quarta potência de sua temperatura absoluta.
A fórmula da Lei de Stefan-Boltzmann é:
onde:
- $ P $ é a potência irradiada,
- $ \sigma $ é a constante de Stefan-Boltzmann (
- $ A $ é a área da superfície do corpo negro,
- $ T $ é a temperatura absoluta do corpo em Kelvin.
Passo 5
Por último, temos a advecção, que é a transferência de calor devido ao movimento horizontal do ar ou da água. Diferente da convecção, que envolve movimentos verticais dentro do fluido, a advecção transporta calor de um lugar para outro através do deslocamento do próprio fluido. A descrição mais adequada para advecção não está diretamente associada à Lei do Corpo Negro, mas sim aos princípios de conservação de energia em fluidos.
Resposta
As formas de transferência de calor são:
- Condução, descrita pela Lei de Fourier;
- Convecção, descrita pela Lei de Resfriamento de Newton;
- Radiação, descrita pela Lei de Stefan-Boltzmann;
- Advecção, que envolve a movimentação de calor através do fluxo de um fluido.