Em uma atividade de laboratório sobre a escolha de materiais para revestir caixas térmicas, dois blocos…
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
Em uma atividade de laboratório sobre a escolha de materiais para revestir caixas térmicas, dois blocos maciços, um de alumínio e outro de ferro, apresentam a mesma espessura e a mesma área de contato. Ambos são submetidos à mesma diferença de temperatura entre suas faces. O bloco de alumínio possui condutividade térmica k = 205 W·m?¹·K?¹, enquanto o bloco de ferro possui k = 80 W·m?¹·K?¹. Considere que a transferência de calor ocorra por condução e que as demais condições experimentais sejam iguais. Com base no texto, qual bloco transfere calor por condução mais rapidamente?
- A) Não é possível comparar os blocos, pois a condutividade térmica não determina a rapidez da condução.
- B) Nenhum dos dois blocos, pois a mesma diferença de temperatura impede a condução.
- C) Os dois blocos, pois estão submetidos à mesma diferença de temperatura.
- D) O bloco de alumínio, pois sua condutividade térmica é maior que a do bloco de ferro.
- E) O bloco de ferro, pois sua condutividade térmica é menor que a do bloco de alumínio.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique o que a questão pede: qual dos dois blocos transfere calor por condução mais rapidamente, com espessura, área e diferença de temperatura iguais.
- Use a lei de Fourier para condução em regime estacionário: a taxa de calor é Q/t = k × A × ΔT / L, em que k é a condutividade térmica, A a área, ΔT a diferença de temperatura e L a espessura.
- Como A, ΔT e L são iguais para os dois blocos, a única grandeza que varia é k. Quanto maior o k, maior a taxa de transferência de calor.
- Comparando, k do alumínio é 205 W/(m·K) e k do ferro é 80 W/(m·K). Logo o alumínio conduz calor mais rapidamente, o que corresponde à alternativa D.
- Por que as demais estão erradas: A nega uma relação que a lei de Fourier estabelece diretamente; B afirma que a diferença de temperatura impede a condução, o que é falso, pois é justamente a diferença que provoca o fluxo de calor; C diz que os dois conduzem igualmente, ignorando que os materiais têm k diferentes; E inverte a comparação, pois o ferro tem k menor e, portanto, conduz mais lentamente.
- Conclusão: o bloco de alumínio transfere calor por condução mais rapidamente, pois possui maior condutividade térmica.
💡 Dica: Compare as condutividades térmicas dos materiais.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que a condutividade térmica não influencia a rapidez da condução, tratando k como uma propriedade sem efeito prático sobre o fluxo de calor.
O aluno pensa que a diferença de temperatura entre as faces impede o fluxo de calor, confundindo equilíbrio térmico com a condição necessária para a condução.
O aluno percebe que as condições externas são iguais e conclui que os blocos transferem calor igualmente, ignorando que a propriedade do material (k) é diferente.
Por que engana: Confundir a relação entre condutividade térmica e a rapidez na transferência de calor, escolhendo um material com menor condutividade.
Para blocos com a mesma área, espessura e diferença de temperatura, a taxa de transferência de calor por condução é proporcional à condutividade térmica do material. Como o alumínio apresenta k = 205 W·m⁻¹·K⁻¹ e o ferro apresenta k = 80 W·m⁻¹·K⁻¹, o alumínio conduz calor mais rapidamente.
O aluno inverte a relação entre condutividade e taxa de transferência, supondo que menor k significa condução mais rápida, talvez por associar material 'isolante' a maior velocidade de passagem de calor.
Raio-X da questão
condutividade térmica
avaliacao
condutividade térmica · transferência de calor
Revisar os conceitos de condução de calor e condutividade térmica.
Confundir a relação entre condutividade térmica e a rapidez na transferência de calor, escolhendo um material com menor condutividade.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Em um experimento escolar, três panelas com paredes de mesma espessura e mesma área de contato com a água foram…
- Em uma pesquisa sobre os materiais que melhor conduzem calor, um grupo de alunos testou o alumínio, o ferro e a madeira…
- Durante a reforma de uma escola pública, uma equipe comparou cinco materiais para revestir a parte interna de uma caixa…
- Dois blocos de materiais diferentes (ferro e concreto) e de mesma massa foram utilizados como amostras de um teste…
- ENEM - 2021 Na montagem de uma cozinha para um restaurante, a escolha do material correto para as panelas é importante…
- Em uma prática de calorimetria, blocos de cobre e de alumínio têm a mesma massa e recebem a mesma quantidade de energia…
Todas as questões de Calor Sensível, Latente e Trocas de Calor
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog