Banco de questões: Calorimetria: Fluxo de Calor

Uma placa metálica de 2 m de lado e 5 cm de espessura é mantida a uma temperatura constante de 100°C. Em um experimento de laboratório, a placa é submetida a um teste de condução de calor, onde uma extremidade da placa é mantida em contato com uma fonte de calor constante, enquanto a outra extremidade é mantida a 0°C, isolada termicamente. A condutividade térmica do material da placa é de 200 W/(m*K). Considerando que o fluxo de calor (q) é proporcional à área de seção reta da placa (A) e ao gradiente de temperatura (dT/dx), onde dT é a variação de temperatura e dx é a variação na coordenada x, e que o calor específico do material é constante e igual a 480 J/(kg*K), responda: 1) Qual é o fluxo de calor através da placa? 2) Considerando que a energia térmica é conservada, determine a taxa de variação da temperatura em relação à distância na coordenada x para um ponto qualquer na placa.

Durante o inverno rigoroso, uma família decide melhorar o isolamento térmico de sua casa e isso inclui a instalação de uma janela de vidro duplo separada por uma camada de ar. A janela tem dimensões de 1,5 m x 1,5 m. Cada lâmina de vidro tem 5 mm de espessura e a camada de ar entre elas tem 1 cm. Considere a condutividade térmica do vidro como 0,8 W/(m.K) e do ar como 0,026 W/(m.K). A temperatura interna da casa é 22°C, enquanto a temperatura externa é de -5°C. Para efetuar a análise do sistema térmico, responda: a) Qual é o fluxo de calor que passa através de uma lâmina de vidro simples? b) Qual é o fluxo de calor que passa através do sistema de vidro duplo com a camada de ar? c) Com base nos cálculos, a família deveria optar pela janela de vidro simples ou pelo sistema de vidro duplo com camada de ar para reduzir a perda de calor?

A convecção é uma forma de transferência de calor que envolve o movimento de fluidos, como ar ou água, deslocando-se em direções específicas em resposta às forças externas ou às variações na temperatura interna dos fluidos. Por que a convecção não acontece no vácuo?

Em um projeto sustentável de construção civil, é necessário levar em consideração o fluxo de calor através das paredes para garantir conforto térmico e economia de energia ao uso de sistemas de climatização. Considere uma parede com espessura de 30 cm, feita de um material com condutividade térmica de 1,2 W/m·K. Durante um dia específico, a temperatura interna da construção se mantém em 25°C e a temperatura externa é de 10°C. a) Calcule o fluxo de calor que passa através da parede. b) Considerando que a área da parede é de 10 m², determine a taxa na qual a energia térmica flui através da parede. c) Suponha que seja decidido colocar um isolante térmico na parede com o objetivo de reduzir o fluxo de calor à metade. Se a condutividade térmica do isolante é de 0,05 W/m·K, qual deve ser a espessura mínima do isolante para atingir esse objetivo?