Fluxo (física)

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Em física, fluxo de uma grandeza física através de uma superfície é usado com dois significados distintos, dependendo do tipo de grandeza física a que se refere.

Fluxo de um campo vectorial através de uma superfície[editar | editar código-fonte]

Segundo esta definição, o fluxo, , do campo vectorial (função da posição), através da superfície é dado pela expressão:

onde representa o vector que, em cada elemento infinitesimal de superfície, , tem a direcção do vector com vector normal a e tem norma igual a .

Esta definição é utilizada principalmente no contexto do electromagnetismo e o fluxo resultante é uma quantidade escalar.

Fenômenos de Transporte[editar | editar código-fonte]

Neste contexto, o fluxo é simplesmente a quantidade da grandeza considerada (por exemplo, a energia, o número de electrões, a massa de ar, etc.) que atravessa a superfície por unidade de tempo. Segundo esta definição, o fluxo resultante é um vector, cuja norma é igual à taxa a que a superfície é atravessada e cuja orientação é dada pela orientação em que a superfície está a ser atravessada. Alguns exemplos comuns de fluxo segundo esta definição são:

  • Fluxo radiativo: quantidade de energia, sob a forma de fotões, que atravessa uma área unitária, por unidade de tempo; usando as unidades do SI, este fluxo pode ser expresso como:
  • Fluxo de momento: quantidade de momento linear que atravessa uma área unitária, por unidade de tempo; usando as unidades do SI, este fluxo pode ser expresso em:
  • Fluxo químico: número de partículas que atravessa uma área unitária, por unidade de tempo; usando as unidades do SI, este fluxo pode ser expresso em:
  • Fluxo de massa: massa que atravessa uma área unitária, por unidade de tempo; usando as unidades do SI, este fluxo pode ser expresso em:
  • Fluxo de volume: volume que atravessa uma área unitária, por unidade de tempo; usando as unidades do SI, este fluxo pode ser expresso em:
Em unidades não-SI mas métricas, poder-se-ia usar litros:

Difusão química[editar | editar código-fonte]

O fluxo molar químico de um A em um sistema isotérmico e isobárico é definido na acima mencionada primeira lei de Fick como:

onde:

  • é o coeficiente de difusão (m2/s) do componente A difundindo-se através do componente B,
  • é a concentração em (mol/m3) de espécies A.[1]

Este fluxo tem unidades de mol·m−2·s−1, e se encaixa na definição original de Maxwell de fluxo.[2]

Nota: ("nabla") denota o operador del.

Para gases diluídos, a teoria da cinética molecular relaciona o coeficiente de difusão D à densidade de pertícula n = N/V, a massa molecular m, a seção transversal de colisão , e a temperatura absoluta T por

onde o segundo fator é o percurso livre médio e a raiz quadrada (com a constante de Boltzmann k) é a velocidade média das partículas.

Em fluxos turbulentos, o transporte por movimento turbulento pode ser expresso como um coeficiente de difusão grosseiramente incrementado.

Referências[editar | editar código-fonte]

  1. Welty; Wicks, Wilson and Rorrer (2001). Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer 4th ed. Wiley [S.l.] ISBN 0-471-38149-7. 
  2. Maxwell, James Clerk (1892). Treatise on Electricity and Magnetism [S.l.: s.n.] 
  • Hecht, E.. Óptica, 2ª edição. Fundação Calouste Gulbenkian, 2002. Cáp. 3
  • Adams, R.. Calculus: A Complete Course, 5ª edição. Addison Wesley Longman, 2003. 939-942 p. (em inglês)
  • Typler, P. & Mosca, G.. Physics for Scientists and Engineers, 5ª edição. W. H. Freeman and Company, New York, 2004. (em inglês)


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