Uma placa horizontal de área 1,00 m², absortividade a = 0,70 e emissividade e = 0,85 está exposta à…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Uma placa horizontal de área 1,00 m², absortividade a = 0,70 e emissividade e = 0,85 está exposta à irradiância solar I = 950 W·m?². A placa perde calor por convecção para o ar a T_amb = 300 K com coeficiente convectivo h = 8,0 W·m?²·K?¹. Considere s = 5,67×10?8 W·m?²·K?4. Determine, por meio de cálculos e equações, a temperatura de equilíbrio T_eq (K e °C) da placa, apresentando os passos e a equação usada (energia absorvida = energia emitida + perda convectiva).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Modelo de resposta: Energia balanceada por unidade de área: a·I = e·s·T^4 + h·(T - T_amb). Substituindo: 0,70·950 = 0,85·5,67×10?8·T^4 + 8,0·(T - 300). Calcula-se a·I = 665 W·m?²; e·s = 0,85·5,67×10?8 = 4,8195×10?8. Assim 4,8195×10?8·T^4 + 8,0·(T - 300) = 665. Resolvendo numericamente por tentativa/iteração encontra-se T ˜ 320 K. Em Celsius: T_eq ˜ 320 - 273 = 47 °C (aprox.).
Explicação
O equilíbrio térmico é alcançado quando a energia absorvida pela placa iguala a soma da energia emitida e da energia perdida por convecção. Os cálculos realizados consideram a absorção da irradiância solar, a emissão térmica da placa e a perda de calor para o ambiente, resultando em uma temperatura de equilíbrio que pode ser convertida para Celsius. O método de tentativa e erro permite encontrar a temperatura que satisfaz a equação de balanço de energia.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico
avaliacao
equilíbrio térmico · transferência de calor
Revisar as leis da termodinâmica e transferência de calor.
O aluno pode confundir a relação entre energia absorvida e energia perdida, não considerando corretamente a contribuição da convecção e da radiação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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