Uma placa de aço de
com condutividade térmica
recebe um fluxo de calor de radiação de
num espaço evacuado onde a transferência de calor por convecção é desprezível. Considerando que a temperatura da superfície do aço exposto à energia radiante é mantida a
, qual será a temperatura da outra superfície se toda a energia radiante que atinge a placa é transferida através da placa por condução?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse problema passo a passo. A gente tem uma placa de aço com 6,4 mm de espessura e uma condutividade térmica de 43,3 W/(m⋅°C). Ela está recebendo um fluxo de calor por radiação de 4730 W/m² num ambiente vazio, onde a transferência de calor por convecção não acontece. A temperatura de um dos lados da placa está mantida em 38°C, e queremos descobrir qual será a temperatura do outro lado, assumindo que todo o calor recebido é transferido apenas por condução.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar da Lei de Fourier da condução de calor, que nos ajuda a relacionar o fluxo de calor (q), a condutividade térmica (k), a espessura do material (L) e a diferença de temperatura (ΔT) entre as duas superfícies. A fórmula é:
Passo 3
Vamos identificar o que temos e o que precisamos encontrar:
- q (fluxo de calor) = 4730 W/m²
- k (condutividade térmica) = 43,3 W/(m⋅°C)
- L (espessura) = 6,4 mm = 0,0064 m (convertendo para metros)
- Temperatura de uma superfície (T₁) = 38°C
- Temperatura da outra superfície (T₂) = ?
Passo 4
Queremos achar ΔT, que é a diferença de temperatura entre as duas superfícies. Reorganizando a fórmula da Lei de Fourier para ΔT:
Passo 5
Agora, vamos substituir os valores que temos na equação:
Passo 6
Fazendo as contas:
Passo 7
Sabemos que a temperatura de um lado da placa é 38°C e a diferença de temperatura é aproximadamente 0,7°C. Então, a temperatura do outro lado será:
Resposta
A temperatura da outra superfície da placa é aproximadamente 38,7°C.
Exercícios relacionados
Uma placa plana, com largura de 1 m , é mantida a uma temperatura superficial uniforme de
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e comprimento
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e
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Um aquecedor de 200 W tem um invólucro esférico de diâmetro de
coeficiente de transferência de calor para condução e convecção do invólucro para 0 ar ambiente é obtido de
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e
. A temperatura do ar ambiente é
e a condutividade térmica do ar é
W/m.K. Encontre a temperatura da superfície em estado estacionário do invólucro.
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W/m.K. Encontre a temperatura do invólucro em estado estacionário para ar estagnado. Por que essa situação é fisicamente inviável?
Sobre uma placa plana escoa ar a
com velocidade de
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ao longo de todo o seu comprimento. Calcule o calor transferido nos primeiros 50 cm da placa. Admita que a placa tem 1 m de profundidade e que as propriedades do ar na temperatura de filme
são
; v =
e c=
. (R: 202,95 W)