Question

Uma das extremidades de uma barra longa, isolada na superfície lateral para impedir a perda de calor para o ambiente, está em contato térmico perfeito com água em ebulição, e a outra extremidade está em contato com um banho de água e gelo (figura 1). A barra é composta por uma seção de 1 m de cobre (com extremidade no vapor de água) e ligada pela outra extremidade a uma seção de aço de comprimento L2 (com extremidade imersa no banho de gelo). As duas seções da barra possuem uma seção reta com a mesma área de 4 cm2 . A temperatura da junção entre o cobre e o aço é igual a 65°C depois de ser atingido o estado estacionário. a) Qual é a quantidade de calor por segundo que flui do lado em contato com o vapor para a extremidade imersa no banho de água e gelo? b) Qual é o comprimento L2 da seção de aço? (kaço = 50,2 W/m.K)
R: A) Pcond= 5,61 J/s....B) L2= 0,233m

Answer 1

A taxa de calor trocado é descrita fisicamente pela Lei de Fourier, cuja equação matemática é Φ = K.A.ΔT/L, Onde Φ é a taxa de calor transferido entre os corpos, K é a constante de condutividade térmica (varia para cada material), A é a área da seção transversal da superfície de contato entre os corpos, ΔT é a diferença de temperatura e L é o comprimento da superfície que conecta os corpos.

Assim, resolvemos o problema:

a) Φ = K.A.ΔT/L ⇒ Φ = 401.0,0004.35/1 = 5,614 W/m.K.

Obs: Kcobre = 401 e o mesmo calor que flui entre a água em ebulição e o aço, flui entre a água em ebulição e o gelo.

b) Φ = K.A.ΔT/L ⇒ L = K.A.ΔT/Φ ⇒ L = 50,2.0,0004.65/5,6 = 0,233 m.