Uma tampa circular de tanque tem área A = 0,200 m² e temperatura da superfície Ts = 70 °C; o ar ambiente está…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Uma tampa circular de tanque tem área A = 0,200 m² e temperatura da superfície Ts = 70 °C; o ar ambiente está a Ta = 25 °C. A perda de calor por convecção pode ser estimada por Q? = h·A·(Ts - Ta). Usando coeficiente convectivo h = 15,0 W·m?²·K?¹, calcule a potência perdida por convecção (em W).
- A) A perda de calor é zero, pois a diferença de temperatura é baixa.
- B) Q? = 135 W
- C) A potência é 300 W, baseada em um coeficiente de 20 W·m?²·K?¹.
- D) A potência perdida é 70 W, calculada erroneamente por ?T = 40 K.
- E) A potência perdida é 45 W, uma subestimativa total da perda.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os dados do enunciado: área A = 0,200 m², temperatura da superfície Ts = 70 °C, temperatura do ar Ta = 25 °C e coeficiente convectivo h = 15,0 W/(m²·K). Passo 2: Calcule a diferença de temperatura: Ts - Ta = 70 - 25 = 45 K (a diferença de 45 graus Celsius equivale a 45 K). Passo 3: Aplique a fórmula da perda por convecção: Q = h·A·(Ts - Ta) = 15,0 × 0,200 × 45. Passo 4: Faça a multiplicação: 15,0 × 0,200 = 3,0 e 3,0 × 45 = 135. Logo, a potência perdida é 135 W, o que corresponde à alternativa B, igual ao gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: A) a diferença de 45 K não é baixa e a perda é claramente não nula, pois a superfície está bem mais quente que o ar. C) o valor de h no enunciado é 15,0 e não 20, e mesmo com h = 20 o resultado seria 180 W, não 300 W. D) com ΔT = 40 K o cálculo daria 15 × 0,200 × 40 = 120 W, e não 70 W; além disso 70 - 25 não é 40. E) 45 W é apenas o valor da diferença de temperatura, sem a multiplicação por h e por A.
💡 Dica: Aplique a fórmula Q = h·A·(Ts - Ta) para encontrar a potência.
Alternativa por alternativa
Acredita que uma diferença de temperatura de 45 K é pequena e que, por isso, não há troca de calor relevante. Não percebe que a convecção depende da diferença de temperatura de forma proporcional, então qualquer diferença não nula gera perda.
Aplicando Q? = h·A·?T com ?T = 70-25 = 45 K: Q? = 15·0,200·45 = 135 W.
Trocou o coeficiente h = 15,0 do enunciado por 20 W/(m²·K) e, mesmo assim, fez a conta de forma incorreta, já que 20 × 0,200 × 45 daria 180 W e não 300 W.
Usa uma diferença de temperatura de 40 K, que não corresponde a 70 - 25, e ainda assim não obtém o resultado correto, pois 15 × 0,200 × 40 seria 120 W. Indica erro na subtração das temperaturas e no uso dos dados.
Por que engana: O aluno pode confundir a diferença de temperatura e calcular a potência de forma incorreta, levando a um valor muito baixo.
Calcula apenas a diferença de temperatura (45 K) e apresenta esse número como se fosse a potência, esquecendo de multiplicar pelo coeficiente h e pela área A.
Raio-X da questão
perda de calor por convecção
avaliacao
perda de calor por convecção · cálculo de potência
Revisar a fórmula de transferência de calor por convecção.
O aluno pode confundir a diferença de temperatura e calcular a potência de forma incorreta, levando a um valor muito baixo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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