— Se a caixa térmica é “fechada”, por que as bolsas de gelo acabam? — perguntou uma agente de saúde, ao…

Questão

— Se a caixa térmica é “fechada”, por que as bolsas de gelo acabam? — perguntou uma agente de saúde, ao preparar o transporte de insulina. Na oficina, foram comparadas duas caixas com a mesma área de troca térmica (0,50 m^2) e espuma isolante com condutividade térmica k = 0,030 W/(m*K). Em ambas, buscou-se manter o interior a 5 °C em um dia de 35 °C. Para estimar a entrada de calor, considerou-se apenas condução pela espuma, usando P = k*A*DeltaT/L. A primeira caixa tinha espessura L = 2,0 cm e a segunda, L = 4,0 cm. Em cada teste, colocaram-se duas bolsas de gelo idênticas, e adotou-se que, até perderem a eficácia, elas absorvem ao todo 240 kJ de energia térmica. Interprete os dados e identifique a frase mais adequada para orientar o público, comunicando a estimativa do efeito de dobrar a espessura do isolante no tempo de conservação.

1. A) Dobrar L aumenta P de 22 para 45 W e reduz o tempo de cerca de 6 h para 3 h, como aumentar resistencia aumenta corrente.
2. B) Dobrar L reduz P de 22 para 11 W e eleva o tempo de cerca de 3 h para 6 h, como aumentar resistencia reduz corrente.
3. C) Dobrar L reduz P de 22 para 5,5 W e eleva o tempo de cerca de 3 h para 12 h, pois a espessura dobra e a area dobra junto.
4. D) Dobrar L reduz P de 22 para 11 W e reduz o tempo de cerca de 3 h para 1,5 h, pois menor potencia usa energia mais rapido.
5. E) Dobrar L mantem P em 22 W e mantem o tempo em cerca de 3 h, pois DeltaT em Celsius nao conta na condução.

✅ Resposta correta: alternativa B

Resolução passo a passo

1. Identifique os dados. Área A = 0,50 m^2, k = 0,030 W/(m*K), variação de temperatura DeltaT = 35 - 5 = 30 K, e energia absorvida pelo gelo E = 240 kJ = 240000 J.
2. Calcule a potência para L = 2,0 cm = 0,02 m: P = 0,030 * 0,50 * 30 / 0,02 = 22,5 W, aproximadamente 22 W.
3. Para L = 4,0 cm = 0,04 m, a espessura dobra e, como L está no denominador, a potência cai pela metade: P = 0,030 * 0,50 * 30 / 0,04 = 11,25 W, aproximadamente 11 W.
4. O tempo de conservação é t = E / P. Para 22,5 W: t = 240000 / 22,5 = 10667 s, cerca de 2,96 h, ou aproximadamente 3 h. Para 11,25 W: t = 240000 / 11,25 = 21333 s, cerca de 5,93 h, ou aproximadamente 6 h.
5. Conclusão: dobrar a espessura reduz a potência de cerca de 22 W para cerca de 11 W e dobra o tempo de conservação, de cerca de 3 h para cerca de 6 h. A alternativa B é a correta, e concordo com o gabarito oficial.
6. Por que as outras estão erradas. A inverte a relação, pois mais isolante reduz o fluxo de calor, e não o aumenta. C supõe que a área dobra, mas a área de troca térmica é fixa em 0,50 m^2 e só a espessura muda. D confunde potência com energia, pois menor potência significa menor transferência de energia por segundo e, portanto, maior duração do gelo. E afirma que a diferença de temperatura em Celsius não entra no cálculo, mas uma variação de 30 °C equivale a 30 K e entra diretamente na fórmula, além de a espessura ser a variável que altera o resultado.

💡 Dica: Use a fórmula da condução térmica para comparar a potência e o tempo de conservação.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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