Uma tampa com 5 mm de espessura de uma panela com 200 mm de diâmetro pode ser feita de alumínio
) ou cobre
. Quando utilizada para ferver água, a superfície da tampa exposta à água encontra-se nominalmente a
. Se o calor é transferido a partir do fogão para a panela a uma taxa de 600 W , qual a temperatura da superfície em contato com o fogão para cada um dos dois materiais?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma tampa de panela com 5 mm de espessura e 200 mm de diâmetro, feita de alumínio ou cobre. Quando a água ferve, o lado da tampa em contato com a água está a 110°C. Queremos descobrir qual a temperatura do outro lado da tampa, que está em contato com o fogão, sabendo que a transferência de calor é de 600 W. Para isso, vamos usar a lei da condução de calor, que nos ajuda a calcular como o calor se move através de materiais.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área da tampa. A tampa é circular, então usamos a fórmula da área do círculo:
Aqui, o diâmetro é 200 mm, então o raio
é metade disso:
Agora, calculando a área:
Passo 3
Vamos usar a lei da condução de calor, que é dada por:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (600 W), -
é a condutividade térmica do material (240 W/m·K para alumínio e 390 W/m·K para cobre), -
é a área da tampa (0,0314 m²), -
é a diferença de temperatura entre as duas superfícies, -
é a espessura da tampa (5 mm = 0,005 m).
Queremos encontrar
, então rearranjamos a fórmula:
Passo 4
Vamos calcular
para o alumínio:
Passo 5
Agora, para o cobre:
Passo 6
Sabemos que a temperatura da superfície em contato com a água é 110°C. A temperatura no outro lado da tampa será essa temperatura mais a diferença calculada:
Resposta
- Alumínio: A temperatura da superfície em contato com o fogão é aproximadamente
. - Cobre: A temperatura da superfície em contato com o fogão é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Considere um meio cuja equação de condução de calor na forma mais simples é dada por:
Existe geração de calor no meio?
O telhado de uma casa é feito de laje de concreto de 25 cm de espessura, 8 m de largura e 10 m de comprimento (
)
). A emissividade da superficie externa do telhado
, e 0 coeficiente de transferência de calor por conveccão nessa superficie ê estimado
. Em uma noite clara de inverno, o ar ambiente encontra-se a uma temperatura de
, enquanto a temperatura do céu noturno para transferéncia de calor por radiaçâo e 170 K . Considerando que a temperatura da superficie interna do telhado é
, determine a temperatura da supeaficie externa do telhado e a taxa de perda de calor através do telhado quando condiçöes de operação permanente sảo alcançadas.
HGURA P2-128
HGURA P2-128
Um ferro de passar de 800 W é deixado sobre a tábua de passar com sua base exposta ao ar a uma temperatura de
. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície da base e o ar circundante é
. Considerando que a base tem emissividade de 0,6 e área de
, determine a temperatura da base de ferro.
Data
Instruções:
Resolver na forma de manuscrito detalhando todos os cálculos.
Um disco de de raio possui uma densidade superficial de carga de
na superficie superior. Qual é o módulo do campo elétrico produzido pelo disco em um ponto do eixo central situado a uma distância
do centro do disco?
Instruções:
Resolver na forma de manuscrito detalhando todos os cálculos.
Um disco de