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:
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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:
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
.