Observe a figura abaixo.
Uma barra cilíndrica de 1,0 m de comprimento e base de área 5,0 cm2 está envolta por um isolante térmico e possui uma de suas extremidades mantida em contato térmico com uma câmara de vapor de água em ebulição. A outra extremidade da barra está imersa em uma cuba que contém uma mistura bifásica de água e gelo em equilíbrio térmico.Sabe-se que o coeficiente de condutividade térmica do cilindro é 0,50 cal/s.cm.°C e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g. Determine a massa de gelo que se funde em 144 segundos e a temperatura da barra cilíndrica a uma distância situada a 80 cm da extremidade mais fria e assinale a opção correta.
Dado: A pressão atmosférica é a do nível do mar.
- A) 2,5 g e 20 'C
- B) 3,0 g e 20 'C
- C) 3,7 g e 60 'C
- D) 4,5 g e 80 'C
- E) 6,2 g e 80'C
Resposta:
A alternativa correta é letra D) 4,5 g e 80 'C
Aplicando diretamente a fórmula de condução de calor:
C = dfrac{k A Delta T}{L} = dfrac{0,5 times 5 times 100}{100} = 2,5 cal/s
Em 144 segundos, temos que a caloria será.
Q = 360 , cal
No caso da fusão de gelo,
m times L = 360
m = 4,5 , g
Com isso já temos o gabarito LETRA D.
Seguindo no cálculo, temos que o fluxo é constante em todo o trecho da barra. Logo, pegando o fluxo total e igualando a um fluxo setorial da barra, temos uma igualdade como a dada abaixo (fluxo total comparado ao fluxo na posição 80)
dfrac{k A Delta T_{100}}{L_{100}} = dfrac{k A Delta T_{80}}{L_{80}}
dfrac{100 - 0}{100} = dfrac{T-0}{80}
T = 80 , °C
Gabarito: LETRA D.
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