Em um equipamento usado para resfriar bebidas, uma placa de cobre separa um líquido quente de uma região fria…

Questão

Em um equipamento usado para resfriar bebidas, uma placa de cobre separa um líquido quente de uma região fria. No teste inicial, a placa tem área de contato de 0,02 m² e espessura de 2 mm; a diferença de temperatura entre suas faces é de 30 °C. A equipe planeja testar outra placa do mesmo cobre e da mesma espessura, mantendo a mesma diferença de temperatura, mas com área de contato de 0,04 m². Observe o esquema comparativo das placas e das condições do teste. Considerando que as demais condições permaneçam iguais, que efeito a mudança planejada deverá produzir na transferência de energia térmica através da placa?

1. A) A transferência de energia térmica por unidade de tempo diminuirá, pois a área maior espalhará o calor por uma região mais ampla da placa.
2. B) A transferência de energia térmica por unidade de tempo só aumentará se a diferença de temperatura entre as faces também for ampliada.
3. C) A energia térmica armazenada na placa aumentará, mas a transferência de energia por unidade de tempo não será alterada pelas novas condições.
4. D) A transferência de energia térmica por unidade de tempo permanecerá igual, pois o cobre, a espessura e a diferença de temperatura continuam os mesmos.
5. E) A transferência de energia térmica por unidade de tempo deverá aumentar, pois a área maior permite a condução simultânea por uma região mais ampla da placa.

✅ Resposta correta: alternativa E

Resolução passo a passo

1. Identifique o fenômeno. A placa de cobre separa duas regiões com temperaturas diferentes, então a energia térmica passa da face quente para a face fria por condução.
2. Lembre a lei de Fourier para condução em regime estacionário: a potência térmica (energia por unidade de tempo) é P = k × A × ΔT / L, em que k é a condutividade térmica do material, A é a área de contato, ΔT é a diferença de temperatura entre as faces e L é a espessura.
3. Analise o que muda e o que permanece. O material (cobre, portanto k constante), a espessura (2 mm, L constante) e a diferença de temperatura (30 °C, ΔT constante) são mantidos. Apenas a área muda, de 0,02 m² para 0,04 m², ou seja, ela dobra.
4. Como P é diretamente proporcional a A, dobrar a área dobra a potência térmica transferida por unidade de tempo. Logo, a transferência deverá aumentar, o que corresponde à alternativa E.
5. Por que as outras estão erradas. A: uma área maior não faz o calor se espalhar e diminuir a transferência; ao contrário, ela aumenta a seção disponível para a passagem do calor. B: a diferença de temperatura não precisa mudar para que a transferência aumente, pois a área sozinha já aumenta P. C: a energia armazenada não é o foco; a taxa de transferência depende de A e varia com ela. D: manter cobre, espessura e ΔT iguais não implica manter a transferência, porque a área, que também entra na lei, foi alterada.

💡 Dica: Compare as condições mantidas e a área; maior área de contato aumenta a taxa de condução.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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