Um técnico toca uma peça metálica a T_hot = 120 °C usando uma luva de borracha de espessura d = 2,0 mm e…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um técnico toca uma peça metálica a T_hot = 120 °C usando uma luva de borracha de espessura d = 2,0 mm e condutividade térmica k = 0,13 W/(m·K). Área de contato A = 0,010 m²; pele inicial T0 = 37 °C; camada de pele relevante s = 2,0 mm; ? = 1000 kg/m³; c = 3500 J/(kg·K). Limite de dor ˜ 44 °C. Estime (a) fluxo térmico Q? através da luva e (b) tempo até a pele atingir 44 °C. Use Q? = k·A·(T_hot-T0)/d e E = m·c·?T com m = ?·s·A.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo: Q? = k A (T_hot-T0)/d = 0,13·0,010·(120-37)/0,002 ˜ 54 W. Massa da camada m = ? s A = 1000·0,002·0,010 = 0,02 kg. Energia necessária E = m c ?T = 0,02·3500·(44-37) = 0,02·3500·7 = 490 J. Tempo t ˜ E/Q? = 490/54 ˜ 9 s. Conclusão: a luva fina permite fluxo alto; risco de queimadura surge em ordem de 10 s. Recomenda-se luvas mais grossas ou materiais com k menor.
Explicação
O cálculo do fluxo térmico utiliza a fórmula que relaciona a condutividade térmica, a área de contato e a diferença de temperatura, resultando em um valor que indica a quantidade de calor transferido. A massa da camada de pele é determinada pela densidade e volume, e a energia necessária para elevar a temperatura da pele até o limite de dor é obtida através da capacidade térmica. O tempo necessário para atingir essa temperatura é então calculado dividindo a energia pela taxa de fluxo térmico, evidenciando o risco de queimadura em um curto período.
Raio-X da questão
fluxo térmico e calor
avaliacao
fluxo térmico · transferência de calor
Revisar as fórmulas de condução de calor e calor específico.
O aluno pode confundir as fórmulas de fluxo térmico e energia, aplicando a equação errada para calcular o tempo até a pele atingir 44 °C.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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