(a) o transporte de carga elétrica também envolve o transporte de massa?
(b) o transporte de energia (calor) produz transporte de massa?
(c) a difusão de massa produz transferência de calor?
(d) caso as respostas (a), (b) e (c) sejam positivas, qual é o gradiente que produz o transporte de massa? Qual é o gradiente que produz o transporte de calor?
(f) pode a massa ser transferida para regiões de concentrações mais elevadas?
(b) o transporte de energia (calor) produz transporte de massa?
(c) a difusão de massa produz transferência de calor?
(d) caso as respostas (a), (b) e (c) sejam positivas, qual é o gradiente que produz o transporte de massa? Qual é o gradiente que produz o transporte de calor?
(f) pode a massa ser transferida para regiões de concentrações mais elevadas?
Passo 1
O enunciado pergunta sobre os efeitos cruzados entre transporte de carga elétrica, transporte de massa (difusão) e transporte de energia (calor), e depois pede para identificar quais gradientes geram massa e calor, além de verificar se pode ocorrer “difusão a favor do gradiente” (fluxo de massa para regiões mais concentradas). Vamos usar os conceitos de leis fenomênicas de transporte (Lei de Fick, Lei de Fourier e acoplamentos termoforético e difuso).
Passo 2
Para (a): sempre que há corrente elétrica transportando carga, são partículas materiais (elétrons em metais, íons em soluções) que se deslocam. Isso significa que há também transporte de massa, mesmo que a massa dos elétrons seja pequena em metais. Logo, o transporte de carga elétrica envolve transporte de massa.
Passo 3
Para (b): um gradiente de temperatura pode induzir fluxo de massa em misturas (efeito Soret ou termodifusão). Portanto, transporte de energia (calor) produz transporte de massa.
Para (c): um gradiente de concentração em misturas pode gerar fluxo de calor adicional (efeito Dufour). Logo, difusão de massa produz transferência de calor.
Para (c): um gradiente de concentração em misturas pode gerar fluxo de calor adicional (efeito Dufour). Logo, difusão de massa produz transferência de calor.
Passo 4
Para (d):
– O gradiente direto que produz transporte de massa é o gradiente de potencial químico ou, em primeira aproximação, o gradiente de concentração .
– O gradiente direto que produz transporte de calor é o gradiente de temperatura .
– O gradiente direto que produz transporte de massa é o gradiente de potencial químico ou, em primeira aproximação, o gradiente de concentração
– O gradiente direto que produz transporte de calor é o gradiente de temperatura
Passo 5
Para (f): sim. Se houver acoplamento suficientemente forte (por exemplo, um gradiente de temperatura grande) a componente cruzada pode superar o efeito do gradiente de concentração e empurrar massa para regiões de concentração mais alta, ocorrendo difusão “a favor do gradiente” (uphill diffusion).
Resposta
(a) Sim. O transporte de carga envolve sempre deslocamento de partículas materiais (elétrons ou íons).
(b) Sim. Um gradiente de temperatura pode induzir fluxo de massa (efeito Soret).
(c) Sim. Um gradiente de concentração pode induzir fluxo de calor (efeito Dufour).
(d) Gradiente que gera massa: (ou
). Gradiente que gera calor:
.
(f) Sim. Em presença de acoplamentos como o efeito Soret, pode ocorrer transporte de massa para regiões de maior concentração.
(b) Sim. Um gradiente de temperatura pode induzir fluxo de massa (efeito Soret).
(c) Sim. Um gradiente de concentração pode induzir fluxo de calor (efeito Dufour).
(d) Gradiente que gera massa:
(f) Sim. Em presença de acoplamentos como o efeito Soret, pode ocorrer transporte de massa para regiões de maior concentração.