UEM 2013 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 2 de Física

Gabarito 21Termologia — condução de calor através de uma janela de vidro: lei de FourierVestibular de Inverno · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 2 de Física do UEM 2013 (Inverno, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Uma empresa da área de telecomunicações possui uma sala climatizada para alojar sua central de computadores, ao lado de uma sala de controle também climatizada. A parede que separa essas salas possui uma janela retangular de vidro, com 6,0 mm de espessura, 1,0 m de altura e 1,5 m de largura. Supondo que o restante dessa parede e todas as outras são isoladas termicamente, que uma das salas é mantida em 24 °C e a outra em 19 °C e sabendo que a condutividade térmica do vidro é 2,0×10−42{,}0 \times 10^{-4} kcal/(s.m.°C), assinale o que for correto.

(01) O fluxo de calor que atravessa a janela é de aproximadamente 250 cal/s.

(02) A potência térmica que está sendo transferida de uma sala para a outra através da janela é de aproximadamente 2.100 W.

(04) A quantidade de calor transferida de uma sala para a outra através da janela, no intervalo de tempo de uma hora, é de aproximadamente 9×1059 \times 10^5 cal.

(08) Se a espessura da janela de vidro for diminuída, o fluxo de calor que a atravessa também diminuirá.

(16) O fluxo de calor que atravessa a janela de vidro é diretamente proporcional à área da mesma.

(Enunciado: Vestibular UEM 2013 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: calcular o fluxo de calor por condução através do vidro.

Passo 1 — lei de Fourier. Com k=2,0×10−4k = 2{,}0 \times 10^{-4} kcal/(s·m·°C) =0,20= 0{,}20 cal/(s·m·°C), A=1,0×1,5=1,5A = 1{,}0 \times 1{,}5 = 1{,}5 m², Δθ=5\Delta\theta = 5 °C e L=6,0×10−3L = 6{,}0 \times 10^{-3} m:

Φ=k A ΔθL\Phi = \frac{k\,A\,\Delta\theta}{L}

Φ=0,20⋅1,5⋅56,0⋅10−3\Phi = \frac{0{,}20 \cdot 1{,}5 \cdot 5}{6{,}0 \cdot 10^{-3}}

Φ=250 cal/s\Phi = 250\ \text{cal/s}

(01) Verdadeira. 250 cal/s.

(02) Falsa. Com 1 cal ≈ 4,18 J:

P=250×4,18≈1 045 WP = 250 \times 4{,}18 \approx 1\,045\ \text{W}

cerca de 1 050 W, metade do valor proposto.

(04) Verdadeira.

Q=250×3 600Q = 250 \times 3\,600

Q=9×105 calQ = 9 \times 10^5\ \text{cal}

(08) Falsa. A espessura está no denominador: vidro mais fino deixa passar mais calor.

(16) Verdadeira. Na lei de Fourier, Φ\Phi é proporcional a AA (mantidos o material, a espessura e a diferença de temperatura).

⚠️ A armadilha: esquecer de converter kcal em cal (ou mm em m): o resultado sai 1 000 vezes errado.

A ideia em uma frase: o fluxo por condução cresce com a área e com a diferença de temperatura e cai com a espessura: Φ = kAΔθ/L.

Resposta: soma 21 (01 + 04 + 16).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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