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(Adaptada – IF-BA - AOCP – 2016). A transferência de calor através de um sólido ocorre, em geral, por condução. Um forno opera com temperatura interna de 800 ºC e tem espessura de 40 cm. Determine a quantidade de calor transferida por unidade de área, sabendo que a temperatura externa é de 400 ºC e a condutividade do material que compõe a parede desse forno é igual a 0,2 cal . m-1 . K-1
200 J . m-2
100 cal. m-2
100 J . m-2
200 cal. m-2
400 J . m-2
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ontem

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ontem

Para resolver essa questão, podemos usar a lei de Fourier para condução de calor, que é dada pela fórmula: \[ q = \frac{k \cdot (T_1 - T_2)}{d} \] onde: - \( q \) é a quantidade de calor transferida por unidade de área (em cal/m² ou J/m²), - \( k \) é a condutividade térmica do material (0,2 cal·m⁻¹·K⁻¹), - \( T_1 \) e \( T_2 \) são as temperaturas interna e externa (800 ºC e 400 ºC, respectivamente), - \( d \) é a espessura do material (40 cm = 0,4 m). Primeiro, vamos converter a condutividade térmica de cal para J, sabendo que 1 cal = 4,184 J: \[ k = 0,2 \, \text{cal·m}^{-1}\text{·K}^{-1} \times 4,184 \, \text{J/cal} = 0,8368 \, \text{J·m}^{-1}\text{·K}^{-1} \] Agora, substituímos os valores na fórmula: \[ q = \frac{0,8368 \cdot (800 - 400)}{0,4} \] Calculando a diferença de temperatura: \[ 800 - 400 = 400 \] Agora, substituindo: \[ q = \frac{0,8368 \cdot 400}{0,4} \] \[ q = \frac{334,72}{0,4} = 836,8 \, \text{J/m}^2 \] Agora, vamos converter J para cal: \[ 836,8 \, \text{J/m}^2 \div 4,184 \, \text{J/cal} \approx 200 \, \text{cal/m}^2 \] Portanto, a quantidade de calor transferida por unidade de área é: 200 cal/m². Assim, a alternativa correta é: 200 cal. m-2.

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