Um sistema, isolado termicamente da vizinhança, é formado por dois recipientes acoplados termicamente por meio de uma barra de cobre cilíndrica. Um dos recipientes contém água fervente a 100 o C, e o outro, nitrogênio líquido a -196 º C. A quantidade de calor, em kJ, que atravessa a barra de cobre em 10,0 minutos é, aproximadamente,DadosComprimento da barra: 80,0 cmÁrea da seção transversal da barra: 4,00 cm2Condutividade térmica do cobre: 400 W.m-1.K-1

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de Fourier para a condução de calor, que é dada por:

Q = -k * A * ΔT * t / L

onde Q é a quantidade de calor transferida, k é a condutividade térmica do material, A é a área da seção transversal da barra, ΔT é a diferença de temperatura entre os dois recipientes, t é o tempo e L é o comprimento da barra.

Primeiramente, vamos calcular a diferença de temperatura entre os dois recipientes:

ΔT = T2 - T1 = 100 ºC - (-196 ºC) = 296 ºC

Agora, vamos substituir os valores dados no problema na fórmula de Fourier:

Q = -400 W/m·K * 4,00 cm² * 296 ºC * 10,0 min / 80,0 cm

Para converter as unidades, vamos transformar os centímetros em metros e os minutos em segundos:

Q = -400 W/m·K * 4,00 cm² * 296 ºC * 600 s / 0,8 m

Q = -35,5 kJ

Portanto, a resposta correta é A) 35,5 kJ.

É importante notar que o sinal negativo indica que o calor está sendo transferido do recipiente quente para o recipiente frio.

Além disso, é fundamental ter atenção às unidades utilizadas na fórmula e converter as unidades corretamente para evitar erros.

Essa é uma aplicação prática da lei de Fourier, que é fundamental em muitas áreas da física e da engenharia.

A compreensão desse conceito é essencial para projetar e desenvolver sistemas de transferência de calor eficientes.

Além disso, essa lei pode ser aplicada em muitas áreas, como a climatização de edifícios, a refrigeração de alimentos e a produção de energia.