Quais são as formas de transferência de calor? f) Condução (determinada pela Lei de Fourier), convecção (pela Lei de Resfriamento de Newton) e radiação (pela Lei de Stefan-Boltzmann).
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pergunta sobre as formas de transferência de calor. A gente vai precisar entender três modos principais: condução, convecção e radiação. Para isso, vamos usar a Lei de Fourier para condução, a Lei de Resfriamento de Newton para convecção e a Lei de Stefan-Boltzmann para radiação.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre condução. Imagine que você está segurando uma colher de metal numa panela quente. O calor está se transferindo ao longo da colher sem que ela se mova. Isso é condução! A Lei de Fourier nos ajuda a quantificar esse fluxo de calor através de um material. Ela é expressa pela fórmula:
Onde:
- $ q $ é a taxa de transferência de calor,
- $ k $ é a condutividade térmica do material,
- $ A $ é a área pela qual o calor está passando,
- $ \Delta T $ é a diferença de temperatura,
- $ \Delta x $ é a espessura do material.
Passo 3
Agora, vamos para a convecção. Pense em quando você esquenta uma panela com água; o calor faz a água circular, criando movimentos. Isso é convecção! A Lei de Resfriamento de Newton descreve como o calor é transferido entre uma superfície e o fluido ao redor. A fórmula é:
Onde:
- $ q $ é a taxa de transferência de calor,
- $ h $ é o coeficiente de transferência de calor por convecção,
- $ A $ é a área da superfície,
- $ T_s $ é a temperatura da superfície,
- $ T_{\infty} $ é a temperatura do fluido longe da superfície.
Passo 4
Por último, temos a radiação. Diferente da condução e convecção, a radiação não precisa de um meio material para transferir calor. É como o calor do sol chegando até a Terra! A Lei de Stefan-Boltzmann descreve a potência emitida por um corpo negro em função da sua temperatura. A fórmula é:
Onde:
- $ q $ é a taxa de transferência de calor por radiação,
- $ \sigma $ é a constante de Stefan-Boltzmann,
- $ \epsilon $ é a emissividade do material,
- $ A $ é a área da superfície,
- $ T $ é a temperatura do corpo,
- $ T_{amb} $ é a temperatura ambiente.
Resposta
Então, 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.