Um engenheiro apresenta um novo material para construção que promete isolamento térmico eficiente. Ele afirma…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um engenheiro apresenta um novo material para construção que promete isolamento térmico eficiente. Ele afirma que o coeficiente de transferência de calor (U) do material é de 0,2 W/(m²·K). Qual é a quantidade de calor (Q) que passará por uma parede de 10 m², se a diferença de temperatura entre o interior e o exterior for de 20 K, durante 1 s?
- A) 100 J
- B) 60 J
- C) 80 J
- D) 20 J
- E) 40 J
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identificar a grandeza pedida. Quer-se a quantidade de calor Q que atravessa a parede. Pela lei de transferência de calor em regime estacionário, Q = U x A x ΔT x t, em que U é o coeficiente de transferência de calor (W/(m²·K)), A é a área (m²), ΔT é a diferença de temperatura (K) e t é o tempo (s).
- Listar os dados do enunciado. U = 0,2 W/(m²·K); A = 10 m²; ΔT = 20 K; t = 1 s.
- Verificar a unidade do resultado. W = J/s, e W/(m²·K) x m² x K x s = J. Logo, o resultado sai em joules, o que confirma a fórmula.
- Calcular. Q = 0,2 x 10 x 20 x 1 = 40 J. Portanto a alternativa correta é a E, de acordo com o gabarito oficial.
- Analisar as demais alternativas. A alternativa A (100 J) não resulta da fórmula, pois exigiria ignorar U e usar metade da diferença de temperatura. A alternativa B (60 J) surge se a área for somada à diferença de temperatura antes da multiplicação, o que não tem fundamento físico. A alternativa C (80 J) aparece se a área for trocada pelo valor de 20 K, resultando em 0,2 x 20 x 20 x 1. A alternativa D (20 J) é obtida se o produto for dividido por 2 sem justificativa, como se fosse uma média ou o cálculo de uma área triangular.
💡 Dica: Use Q = U·A·ΔT·t, substituindo os valores e conferindo as unidades.
Alternativa por alternativa
Ignorou o coeficiente U e usou apenas metade da diferença de temperatura (10 K) junto com a área, calculando 10 x 10 x 1 = 100.
Por que engana: O aluno pode esquecer de multiplicar pela área ou pelo intervalo de tempo, ou confundir o coeficiente U com a quantidade total de calor transferida.
Somou a área com a diferença de temperatura (10 + 20 = 30) e multiplicou por U, obtendo 0,2 x 30 x 10 = 60, em vez de multiplicar os fatores.
Trocou a área de 10 m² pelo valor de 20 K, ou seja, usou a diferença de temperatura duas vezes, calculando 0,2 x 20 x 20 x 1 = 80.
Dividiu o produto por 2 sem motivo, tratando o cálculo como se fosse uma média ou a área de um triângulo, o que levou a 40 / 2 = 20.
A taxa de transferência de calor é dada por U vezes a área e a diferença de temperatura: 0,2 × 10 × 20 = 40 W. Em 1 s, passam 40 J de calor.
Raio-X da questão
transferência de calor por condução
avaliacao
multiplicação de grandezas físicas · unidades de energia e potência
Revise a relação entre coeficiente de transferência térmica, área, diferença de temperatura e tempo.
O aluno pode esquecer de multiplicar pela área ou pelo intervalo de tempo, ou confundir o coeficiente U com a quantidade total de calor transferida.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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