Uma parede plana de espessura L = 0,10 m e condutividade térmica k = 0,12 W·m?¹·K?¹ separa interior a T_i =…
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
Uma parede plana de espessura L = 0,10 m e condutividade térmica k = 0,12 W·m?¹·K?¹ separa interior a T_i = 293 K (20 °C) do exterior a T_o = 273 K (0 °C). Os coeficientes de convecção são h_i = 8 W·m?²·K?¹ (lado interior) e h_o = 25 W·m?²·K?¹ (lado exterior). Calcule o fluxo de calor estacionário por unidade de área q/A usando q/A = ?T / (1/h_i + L/k + 1/h_o).
- A) q/A = 5 W·m?², pois a espessura não impacta a transferência de calor.
- B) q/A = 50 W·m?², pois a condutividade é muito alta.
- C) q/A = 0,5 W·m?², pois a diferença de temperatura é irrelevante.
- D) q/A = 100 W·m?², ignorando o coeficiente de convecção interno.
- E) q/A ˜ 2,00×10¹ W·m?² (˜20,0 W·m?²).
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Diferença de temperatura: ΔT = T_i - T_o = 293 K - 273 K = 20 K. Espessura L = 0,10 m, condutividade k = 0,12 W/(m·K), h_i = 8 W/(m^2·K) e h_o = 25 W/(m^2·K).
- Calcule cada resistência térmica por unidade de área. Convecção interna: 1/h_i = 1/8 = 0,125 m^2·K/W. Condução: L/k = 0,10/0,12 = 0,833 m^2·K/W. Convecção externa: 1/h_o = 1/25 = 0,04 m^2·K/W.
- Some as resistências: 0,125 + 0,833 + 0,040 = 0,998 m^2·K/W, aproximadamente 1 m^2·K/W.
- Aplique a fórmula q/A = ΔT / (soma das resistências) = 20 / 0,998 ≈ 20,0 W/m^2. Esse resultado corresponde à alternativa E, que está de acordo com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas. A ignora a resistência da parede, que é a parcela dominante. B supõe que a condução é quase nula, mas L/k é a maior parcela da soma. C reduz a diferença de temperatura de forma indevida, pois ΔT = 20 K é o dado central do problema. D despreza a convecção interna, o que altera a soma das resistências e não leva a 100 W/m^2.
💡 Dica: Substitua os valores na fórmula para calcular o fluxo de calor.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que a espessura da parede não influencia a transferência de calor, deixando de fora a resistência de condução L/k, que é a parcela mais importante da soma.
Por que engana: O aluno pode confundir a influência da espessura da parede na transferência de calor, desconsiderando seu impacto no cálculo do fluxo.
O aluno supõe que, por ser alta, a condutividade torna a resistência da parede desprezível, e subestima L/k ao dividir a espessura pela condutividade de forma incorreta.
O aluno considera que a diferença de temperatura é irrelevante para o fluxo de calor, quando na verdade o fluxo é diretamente proporcional a ΔT = 20 K, e o resultado seria 0,5 W/m^2 apenas por erro de cálculo ou de divisão.
O aluno despreza a resistência convectiva interna 1/h_i e trata a soma de forma errada, chegando a um valor de cerca de 100 W/m^2. Retirando apenas 1/h_i, o resultado seria cerca de 23 W/m^2, e não 100.
?T = 20 K; 1/h_i = 0,125 m²K·W?¹; L/k = 0,8333 m²K·W?¹; 1/h_o = 0,04; soma R = 0,9983; q/A = 20/0,9983 ˜ 20,0 W·m?².
Raio-X da questão
fluxo de calor
avaliacao
fluxo de calor · coeficientes de convecção
Revisar a lei de Fourier e a condução de calor em materiais.
O aluno pode confundir a influência da espessura da parede na transferência de calor, desconsiderando seu impacto no cálculo do fluxo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Em uma atividade de óptica, um feixe estreito atravessa um prisma de vidro com ângulo de ápice de 10°. No ar, o índice…
- Em uma feira de ciências, uma equipe apresentou acumuladores térmicos destinados ao aproveitamento do calor que seria…
- 'Cada bloco de gelo que não derrete durante o transporte reduz o descarte de água e o custo dos feirantes', observou uma…
- — Se eu reduzir um pouco o gelo, a caixa térmica aguenta a rota até a comunidade? — perguntou o agente de saúde, ao…
- Em um protótipo de motor térmico, o gás de trabalho executa um ciclo completo: após várias transformações, ele retorna…
- Em uma oficina didática, um cilindro com pistão contém ar. O pistão é empurrado lentamente para dentro, comprimindo o…
Todas as questões de Calor Sensível, Latente e Trocas de Calor
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog