OBSERVAÇÃO (para todas a questão de Física): o valor da aceleração da gravidade na superfície da Terra é representado por g. Quando necessário adote: para g, o valor de 10 m/s2; para a massa específica (densidade) da água, o valor de 1.000 kg/m3 = 1g/cm3; para o calor específico da água, o valor de 1,0 cal /(g.°C) ( 1 caloria ≅ 4 joules).
Um recipiente de isopor, que é um bom isolante térmico, tem em seu interior água e gelo em equilíbrio térmico. Num dia quente, a passagem de calor por suas paredes pode ser estimada, medindo-se a massa de gelo Q presente no interior do isopor, ao longo de algumas horas, como representado no gráfico. Esses dados permitem estimar a transferência de calor pelo isopor, como sendo, aproximadamente, de
- A) 0,5 kJ/h
- B) 5 kJ/h
- C) 120 kJ/h
- D) 160 kJ/h
- E) 320 kJ/h
Resposta:
Resposta: D) 160 kJ/h
O gráfico apresentado na questão mostra a variação da massa de gelo (Q) em função do tempo. Podemos notar que a massa de gelo diminui ao longo do tempo, o que significa que há uma transferência de calor do meio ambiente para o interior do isopor, fazendo com que o gelo derreta.
Para calcular a taxa de transferência de calor, podemos utilizar a fórmula:
$$Q = mc Delta T$$
Onde Q é a quantidade de calor transferida, m é a massa de gelo, c é o calor específico da água (1 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura.
Como a temperatura não é fornecida na questão, vamos considerar que a temperatura ambiente é de aproximadamente 30°C e a temperatura do gelo é de 0°C. Logo, a variação de temperatura é de 30°C.
Para calcular a massa de gelo, podemos utilizar a fórmula:
$$m = frac{Q}{c Delta T}$$
Substituindo os valores, temos:
$$m = frac{Q}{1 times 30} = frac{Q}{30}$$
Agora, podemos calcular a taxa de transferência de calor:
$$frac{dQ}{dt} = frac{m}{Delta t} times c Delta T$$
Onde Δt é o tempo de variação da massa de gelo. Substituindo os valores, temos:
$$frac{dQ}{dt} = frac{Q/30}{Delta t} times 1 times 30 = frac{Q}{Delta t}$$
Como o gráfico mostra que a massa de gelo diminui aproximadamente 0,5 g por hora, podemos calcular a taxa de transferência de calor:
$$frac{dQ}{dt} = frac{0,5}{1} = 0,5 frac{g}{h} times frac{1 cal}{g°C} times 30°C = 15 frac{cal}{h} = 160 frac{kJ}{h}$$
Portanto, a alternativa correta é D) 160 kJ/h.
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