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Exercícios sobre lei de Fourier

Exercícios de Física

Esta lista de exercícios aborda a Lei de Fourier, que determina o fluxo de calor através de uma superfície em função de suas dimensões. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

(IME-RJ)

Um objeto de 160 g de massa repousa, durante um minuto, sobre a superfície de uma placa de 30 cm de espessura (L) e, ao final desse experimento, percebe-se que o volume do objeto é 1% superior ao inicial. A base da placa é mantida em 195 ºC, e nota-se que a sua superfície permanece em 175 ºC. A fração de energia, em percentagem, efetivamente utilizada para deformar a peça é:

Dados:

  • Condutividade térmica da placa (K): 50 w/m°C
  • Calor específico do objeto (c): 432 J/kg°C
  • Coeficiente de dilatação linear(α): 1,6.10–5 ºC–1
  • Área da placa (A): 0,6 m2

a) 4

b) 12

c) 18

d) 36

e) 60

questão 2

(UFT-TO) Uma sala de estúdio é mantida à temperatura de 20 ºC e encontra-se separada de uma sala vizinha, à temperatura ambiente de 30 ºC, por uma janela retangular de vidro, de 8,0 mm de espessura, 1,0 m de altura por 1,5 m de largura. Sabendo que a condutividade térmica do vidro é 0,80 W/m.K, o total de calorias transmitidas pela janela, após 4,2 minutos é de, aproximadamente:

a) 1,50 kcal.

b) 37,8 kcal.

c) 60,0 kcal.

d) 90,0 kcal.

e) 126 kcal.

questão 3

Marque a alternativa correta a respeito da Lei de Fourrier.

a) A Lei de Fourier determina a quantidade de calor trocada entre duas regiões de uma superfície em função de suas dimensões.

b) A Lei de Fourier determina o fluxo de calor entre duas regiões de uma superfície em função de suas dimensões.

c) A Lei de Fourier mostra que o fluxo de calor entre duas regiões de uma superfície independe de suas dimensões.

d) Na lei de Fourier, o fluxo de calor e a condutividade térmica do material que compõe a superfície são inversamente proporcionais.

e) Todas as alternativas anteriores estão incorretas.

questão 4

A condutividade térmica é a constante de proporcionalidade presente na Lei de Fourier. Sobre essa constante, marque a alternativa correta.

a) É uma característica própria de cada material.

b) Depende do estado de agregação das moléculas do material.

c) Possui um valor fixo preestabelecido.

d) É determinada na unidade Joule por segundo (J/s).

e) Todas as alternativas estão incorretas.

respostas
Questão 1

Letra B

Inicialmente, utilizando a Lei de Fourier, deve-se determinar o fluxo de calor (Φ):

Sabendo que o fluxo de calor é definido pela razão entre o calor transmitido e o tempo, podemos determinar a quantidade de calor total transmitida entre as duas regiões da placa.

A partir da equação da dilatação volumétrica, podemos determinar a variação de temperatura sofrida pelo objeto. Devemos lembrar que o coeficiente de dilatação volumétrica (γ) corresponde ao triplo do coeficiente de dilatação linear (α).

De posse da variação de temperatura sofrida pelo objeto, podemos agora determinar a quantidade de calor efetivamente recebido por ele.

O calor efetivamente recebido pelo objeto (14376,96 J) corresponde a aproximadamente 12% do calor total (120000J) trocado entre as superfícies da placa.

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Questão 2

Letra D

Inicialmente, deve-se determinar o fluxo de calor (Φ) entre as duas salas:

Sabendo que o fluxo de calor é definido pela razão entre o calor transmitido e o tempo, podemos determinar a quantidade de calor total transmitida.

Adotando que 1 cal = 4,2 J, temos:

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Questão 3

Letra B

A Lei de Fourier determina o fluxo de calor entre duas regiões de uma superfície em função de suas dimensões.

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Questão 4

Letra A

A constante de proporcionalidade presente na Lei de Fourier caracteriza o material pelo qual flui o calor.

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