O que é Introdução à transferência de calor – Definição

Introdução à Transferência de Calor. Este artigo define as relações e propriedades básicas necessárias para entender a transferência de calor, essencial para os engenheiros do reator. Engenharia Térmica

Introdução à Transferência de Calor

zeroth-lei-da-termodinâmica-calorEnquanto energia interna se refere à energia total de todas as moléculas dentro do objeto, o calor é a quantidade de energia que flui de um corpo para outro espontaneamente devido à diferença de temperatura. O calor é uma forma de energia, mas é energia em trânsito . O calor não é propriedade de um sistema. No entanto, a transferência de energia como calor ocorre no nível molecular como resultado de uma diferença de temperatura .

Considere um bloco de metal em alta temperatura, que consiste em átomos que oscilam intensamente em torno de suas posições médias. A baixas temperaturas , os átomos continuam a oscilar, mas com menos intensidade . Se um bloco mais quente de metal é colocado em contato com um bloco mais frio, os átomos intensamente oscilantes na borda do bloco mais quente emitem sua energia cinética para os átomos menos oscilantes na borda do bloco mais frio. Nesse caso, há transferência de energia entre esses dois blocos e o calor flui do bloco mais quente para o mais frio por essas vibrações aleatórias.

Em geral, quando dois objetos são colocados em contato térmico , o calor flui entre eles até que entrem em equilíbrio um com o outro. Quando existe uma diferença de temperatura , o calor flui espontaneamente do sistema mais quente para o sistema mais frio . A transferência de calor ocorre por condução ou por radiação térmica . Quando o fluxo de calor para , diz-se que está na mesma temperatura . Dizem que eles estão em equilíbrio térmico .Como no trabalho, a quantidade de calor transferida depende do caminho e não simplesmente das condições iniciais e finais do sistema. Na verdade, existem muitas maneiras de levar o gás do estado i para o estado f.

Além disso, como no trabalho, é importante distinguir entre o calor adicionado a um sistema do ambiente e o calor removido do sistema para o ambiente. Q é positivo para o calor adicionado ao sistema, portanto, se o calor sai do sistema, Q é negativo. Como W na equação é o trabalho realizado pelo sistema, se o trabalho for realizado no sistema, W será negativo e E int aumentará.

O símbolo q é algumas vezes usado para indicar o calor adicionado ou removido de um sistema por unidade de massa . É igual ao calor total (Q) adicionado ou removido dividido pela massa (m).

Distinguindo temperatura, calor e energia interna

Usando a teoria cinética, uma distinção clara entre essas três propriedades pode ser feita.

  • A temperatura está relacionada às energias cinéticas das moléculas de um material. É a energia cinética média das moléculas individuais.
  • Energia interna refere-se à energia total de todas as moléculas dentro do objeto. É uma propriedade extensa , portanto, quando dois lingotes quentes de aço com massa igual podem ter a mesma temperatura, mas dois deles têm o dobro da energia interna que um.
  • Finalmente, calor é a quantidade de energia que flui de um corpo para outro espontaneamente devido à diferença de temperatura.

Deve-se adicionar, quando existe uma diferença de temperatura , o calor flui espontaneamente do sistema mais quente para o sistema mais frio . Assim, se um cubo de aço de 5 kg a 100 ° C for colocado em contato com um cubo de aço de 500 kg a 20 ° C, o calor fluirá do cubo a 300 ° C para o cubo a 20 ° C, mesmo que a energia interna do cubo de 20 ° C é muito maior porque há muito mais.

Um conceito particularmente importante é o equilíbrio termodinâmico . Em geral, quando dois objetos são colocados em contato térmico , o calor flui entre eles até que entrem em equilíbrio um com o outro.

Densidade do fluxo de calor – Fluxo térmico

A taxa de transferência de calor por unidade de área normal à direção da transferência de calor é chamada fluxo de calor . Às vezes, também é chamado de densidade do fluxo de calor . No SI, suas unidades são watts por metro quadrado ( Wm −2 ). Tem uma direção e uma magnitude e, portanto, é uma quantidade vetorial. O fluxo médio de calor é expresso como:

densidade do fluxo de calor - equação

onde A é a área de transferência de calor. A unidade de fluxo de calor em unidades inglesas é Btu / h · ft 2 . Observe que o fluxo de calor pode variar com o tempo e com a posição na superfície.

Nos reatores nucleares, as limitações do fluxo de calor local são da maior importância para a segurança do reator . Como o combustível nuclear consiste em barras de combustível, o fluxo de calor é definido em unidades de W / cm (densidade do fluxo de calor linear local) ou kW / haste (potência por barra de combustível).

Veja também: Densidade do fluxo de calor

 

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