(Dissertativa) Projete um procedimento experimental para determinar a condutividade térmica k de uma barra…

Questão

(Dissertativa) Projete um procedimento experimental para determinar a condutividade térmica k de uma barra cilíndrica homogênea (L = 0,50 m, área A = 1,0×10?4 m²) em regime estacionário. A uma extremidade aplica-se potência elétrica constante P = 10,0 W; a outra extremidade é mantida a T_0 = 300 K por um banho térmico. Descreva montagens, medições necessárias, equações para calcular k a partir da diferença de temperatura entre as extremidades ?T, e como estimar a incerteza em k.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Procedimento: montar barra com termopares nas extremidades; aplicar P constante e aguardar regime estacionário; medir T_hot e T_cold ? ?T. Suposição: condução 1D sem perdas laterais (ou corrigir por perdas). Equação: estado estacionário P = k A (?T/L) ? k = P L/(A ?T). Incerteza relativa: (dk/k)^2 = (dP/P)^2 + (dL/L)^2 + (dA/A)^2 + (d?T/?T)^2. Corrigir por perdas por convecção/radiação lateral medindo perfil de temperatura ou envolvendo com isolamento; repetir medições para média e desvio padrão.

Explicação

O procedimento experimental descrito permite medir a condutividade térmica de forma precisa, utilizando a relação entre a potência aplicada, a área da barra, a diferença de temperatura e o comprimento. A consideração das incertezas garante que os resultados sejam confiáveis e que as variáveis que podem afetar a medição sejam adequadamente contabilizadas. Além disso, a inclusão de métodos para corrigir perdas térmicas assegura que a análise permaneça dentro do regime estacionário, fundamental para a validade dos resultados.

Raio-X da questão

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