Uma placa recebe potência elétrica P = 20,0 W; área A = 0,0250 m² e perde calor por convecção ao ar (T_amb =…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Interpretar resultados e realizar previsões sobre atividades experimentais, fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas noções de probabilidade e incerteza, reconhecendo os limites explicativos das ciências.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Uma placa recebe potência elétrica P = 20,0 W; área A = 0,0250 m² e perde calor por convecção ao ar (T_amb = 293 K) com coeficiente h = 12,0 W·m?²·K?¹. No equilíbrio térmico P = h A (Te - T_amb). Calcule a temperatura de equilíbrio Te (K).
- A) Te = 380 K
- B) Te = 293 K
- C) Te ˜ 360 K.
- D) Te = 300 K
- E) Te = 340 K
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Isolar a temperatura de equilíbrio na equação de balanço térmico P = h A (Te - T_amb), obtendo Te = T_amb + P/(h A). Passo 2: Calcular o produto h A = 12,0 × 0,0250 = 0,300 W/K. Passo 3: Calcular a variação de temperatura ΔT = P/(h A) = 20,0 / 0,300 ≈ 66,7 K. Passo 4: Somar à temperatura ambiente: Te = 293 + 66,7 ≈ 359,7 K, que arredondado é 360 K. Portanto a alternativa correta é a C, que coincide com o gabarito oficial. Passo 5: Por que as outras estão erradas: A (380 K) só seria obtida com uma variação de cerca de 87 K, o que exige um erro de cálculo na divisão. B (293 K) ignora a potência, pois sem geração de calor a placa ficaria na temperatura do ar. D (300 K) corresponderia a uma variação de apenas 7 K, resultado de deslocamento de casa decimal na divisão. E (340 K) corresponde a uma variação de 47 K, que não decorre da fórmula com os dados fornecidos.
💡 Dica: Utilize a fórmula do equilíbrio térmico para encontrar Te.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente calculou P/(hA) com erro numérico, obtendo uma variação de cerca de 87 K, e a somou a 293 K.
O aluno acredita que, em equilíbrio, a placa fica na mesma temperatura do ar, ignorando que a potência elétrica aquece a placa.
Te = T_amb + P/(hA) = 293 + 20/(12·0,025) = 293 + 66,67 ˜ 360 K.
O aluno deve ter calculado 20/(12 × 0,025) como cerca de 7 em vez de 66,7, por erro de posição da vírgula decimal, e somado 293 K.
O aluno provavelmente errou o cálculo do produto hA ou da divisão, obtendo uma variação de cerca de 47 K, e não a variação de 66,7 K.
Por que engana: Confundir a relação entre potência, área e temperatura, resultando em um valor incorreto para Te.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico
avaliacao
equilíbrio térmico · convecção de calor
Revisar a relação entre potência, área e coeficiente de convecção.
Confundir a relação entre potência, área e temperatura, resultando em um valor incorreto para Te.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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