Lição de casa da aula: Condução Térmica Física

Nesta atividade, nós vamos praticar a calcular a taxa de transferência de energia através de objetos sólidos devido às diferenças de temperatura nas faces dos objetos.

Q1:

A taxa de transferência de energia através de um objeto em forma de prisma retangular de condutividade térmica 15/WmC é 600 W quando uma área de 2,5 m2 da face do objeto é aquecida. A energia é transferida por uma distância de 0,25 m. Encontre a diferença de temperatura entre a face aquecida do objeto e a face oposta.

Q2:

Uma face de um objeto em forma de prisma retangular cuja área é 5,0 m2 é aquecida e tem uma temperatura constante de 32C. O objeto é feito de um material com condutividade térmica de 6,4/WmC. O objeto transfere energia para a face oposta a sua face aquecida por uma distância de 16 cm, onde a temperatura é constante a 24C. Qual é a taxa na qual a energia é transferida através do objeto? Responda para dois algarismos significativos.

Q3:

A taxa de potência transferida para um objeto em forma de prisma retangular de condutividade térmica 5,5/WmC é de 180 W quando uma face de área 2,0 m2 do objeto é aquecida. A diferença de temperaturas entre a face aquecida do objeto e a face oposta é de 36C. Qual é a distância entre a face aquecida do objeto e a face oposta? Apresente a resposta com dois algarismos significativos.

Q4:

A energia é transferida por condução térmica através de um objeto devido a uma constante diferença de temperatura entre os lados do objeto, conforme mostrado no diagrama. A temperatura 𝑇 é 76C e a temperatura 𝑇 é 31C. A distância entre os lados aquecido e não aquecido do objeto é 1,2 m. A temperatura dentro do objeto varia linearmente.

Qual é o gradiente de temperatura dentro do objeto?

Qual é a temperatura em um ponto 0,15 m do lado aquecido do objeto até o grau mais próximo?

Qual é a temperatura em um ponto 0,15 m do lado não aquecido do objeto até o grau mais próximo?

Q5:

Qual das seguintes fórmulas representa corretamente a taxa de transferência de energia 𝑄𝑡 pelo processo de condução térmica num prisma retangular sólido de condutividade térmica 𝑘? A energia é transferida ao longo do comprimento 𝑙 de uma face do prisma retangular de área 𝐴 e temperatura 𝑇 à face oposta de temperatura 𝑇.

  • A𝑄𝑡=𝑘𝑙𝐴(𝑇+𝑇)
  • B𝑄𝑡=𝑘𝐴𝑙𝑇𝑇2
  • C𝑄𝑡=𝑘𝑙𝐴(𝑇𝑇)
  • D𝑄𝑡=𝑘𝐴𝑙(𝑇𝑇)

Q6:

O invólucro exterior de um eletrodoméstico tem uma área de 0,015 m2 e tem 1,2 cm de espessura. A condutividade térmica do material do invólucro é de 2,5/WmC. A eletrónica dentro do eletrodoméstico mantém a temperatura do ar dentro de si a 75C e a temperatura do ar da divisão em que está armazenado mantém-se a 20C. Quanto é a divisão aquecida pelo eletrodoméstico num intervalo de tempo de 3‎ ‎600 segundos? Apresente a resposta em quilos joules com dois algarismos significativos.

Q7:

Uma caneca de café em uma mesa tem uma área base de 0,0015 m2 e uma espessura de 0,25 cm. A caneca é feita de um material com condutividade térmica de 1,5/WmC. A área da mesa em contato com a base é aquecida a uma taxa de 20 W e sua temperatura é 25C em um tempo 𝑡. Qual é a temperatura do café na caneca no momento 𝑡? Dê a sua resposta para o grau mais próximo.

Q8:

Uma parede de tijolos de espessura 𝑑=45cm está ligada a uma fachada revestida de espessura 𝑑=10cm, como se mostra no diagrama. A temperatura 𝑇 da face da parede oposta à fachada revestida é de 25,0C. A temperatura de 𝑇 da face da parede em contacto com a fachada revestida é de 12,5C. A temperatura de 𝑇 da face oposta à da fachada revestida é de 2,5C. A temperatura dentro da parede e da fachada revestida varia linearmente. Qual é a razão do gradiente da temperatura na fachada revestida para o gradiente da temperatura na parede?

Q9:

Uma parede de uma casa tem uma temperatura constante de 28C na sua face interior e uma temperatura constante de 11C na sua face exterior. A parede tem uma área de superfície de 8,2 m2 e tem 25 cm de espessura. A parede é composta por uma substância com uma condutividade térmica de 1,5/WmC. Qual é a taxa de transferência de energia na parede? Responda às unidades do watt.

Q10:

A taxa de transferência de potência num objeto com a forma de um prisma retangular de condutividade térmica 2,5/WmC é de 500 W quando uma face do objeto é aquecida, transferindo energia por uma distância de 0,15 m no objeto. A diferença de temperaturas entre a face aquecida do objeto e a face oposta é de 12C. Qual é a área da face aquecida? Apresente a resposta com dois algarismos significativos.

Esta aula inclui 2 questões adicionais para assinantes.

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