Um automóvel percorre uma estrada num dia em que a temperatura ambiente é de . A temperatura externa do para-brisa é mantida a pelo escoamento de ar quente na superfície interna do vidro. Admitindo que a área do para-brisa é igual a e que o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa do vidro é igual a , determine a taxa de transferência de calor para o ambiente externo através do para-brisa. Considerando ainda, que a espessura do para-brisa é igual a 5 mm e que o seu coeficiente de condutibilidade térmica é igual a , qual a temperatura da superfície interna do para-brisa?
Respostas:

Passo 1

Beleza, vamos descobrir quanto calor está saindo do para-brisa do carro e qual a temperatura da superfície interna dele. Para isso, vamos usar os conceitos de convecção e condução térmica. Preciso dos dados sobre a área do para-brisa, coeficiente de transferência de calor, espessura e condutividade térmica do vidro, além das temperaturas envolvidas.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a taxa de transferência de calor por convecção na superfície externa do para-brisa. A fórmula para isso é:
onde:
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção,
  • é a área do para-brisa,
  • é a diferença de temperatura entre a superfície do vidro e o ambiente.

Passo 3

Vamos substituir os valores fornecidos na fórmula:
  • í
Então:

Passo 4

Agora, para achar a temperatura da superfície interna do para-brisa ( ), vamos usar a leis de condução térmica. A fórmula é:
onde:
  • é o coeficiente de condutividade térmica do vidro,
  • é a área do para-brisa,
  • ,
  • é a espessura do para-brisa.

Passo 5

Sabemos que a taxa de calor que passa pela condução é a mesma que passa por convecção ( ). Então:
Resolvendo para :

Resposta

A taxa de transferência de calor para o ambiente externo através do para-brisa é e a temperatura da superfície interna do para-brisa é .

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Resposta:
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