Lista 2 - Termodinâmica

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Trabalho de Física II 
Valor : 2 pontos 
Data de entrega: dia da segunda avaliação 
Escalas termométricas 
1- Suponha que em uma escala linear de temperatura X, a água ferva a -53,5°X e 
se congele a -170°X . Qual a temperatura de 340K na escala X ? 
Resposta: -91,95 °X 
 
2- Um corpo está numa temperatura que, em ºC, tem a metade do valor medido em ºF. 
Determine essa temperatura na escala Fahrenheit. 
 
3- Uma escala de temperatura arbitrária X está relacionada com a escala Celsius de acordo 
com o gráfico abaixo. 
 
As temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água, sob pressão normal, na escala X valem, 
respectivamente: 
Resposta: 100 e -100 
4- Uma caixa de filme fotográfico traz a tabela apresentada abaixo, para o tempo de 
revelação do filme, em função da temperatura dessa revelação. 
 
 
A temperatura em °F corresponde exatamente ao seu valor na escala Celsius, apenas para o 
tempo de revelação, em min, de: 
Resposta: 9 
5- Duas escalas termométricas arbitrárias, E e G, foram confeccionadas de tal modo que as 
suas respectivas correspondências com a escala Celsius obedecem à tabela abaixo. 
 
 
A relação de conversão entre as escalas E e G é dada por: 
 
RESPOSTA: A 
 
6- As indicações para o ponto de fusão do gelo e de ebulição da água sob pressão normal 
de dois termômetros, um na escala Celsius e outro na escala Fahrenheit, distam 20 cm, 
conforme a figura. A 5 cm do ponto de fusão do gelo, os termômetros registram 
temperaturas iguais a: 
 
Resposta: d 
 
 
7- Com o objetivo de recalibrar um velho termômetro com a escala totalmente apagada, um estudante o 
coloca em equilíbrio térmico, primeiro, com gelo fundente e, depois, com água em ebulição sob pressão 
atmosférica normal. Em cada caso, ele anota a altura atingida pela coluna de mercúrio: 10,0cm e 30,0cm, 
respectivamente, medida sempre a partir do centro do bulbo. A seguir, ele espera que o termômetro entre 
em equilíbrio térmico com o laboratório e verifica que, nesta situação, a altura da coluna de mercúrio é de 
18,0cm. Qual a temperatura do laboratório na escala Celsius deste termômetro? 
 
a) 20°C 
b) 30°C 
c) 40°C 
d) 50°C 
e) 60°C 
Resposta: c 
8- O gráfico a seguir representa a correspondência entre uma escala X e a escala Celsius. Os intervalos de um 
grau X e de um grau Celsius são representados nos respectivos eixos, por segmentos de mesmo 
comprimento. A expressão que relaciona essas escalas é: 
 
a) tx = (tc + 80) b) (tc/80) = (tx/100) c) (tc/100) = (tx/80) 
d) tx = (tc - 80) e) tx = tc 
Resposta: a 
 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
9- Fazendo-se passar vapor d’água por um tubo metálico oco, verifica-se que a sua 
temperatura sobe de 25 °C para 98 °C. Verifica-se também que o comprimento do tubo 
passa de 800 mm para 801 mm. Pode-se concluir daí que o coeficiente de dilatação linear 
do metal vale, em °C-1: 
 
Resposta: b 
 
 
10- No continente europeu uma linha férrea da ordem de 600 km de extensão tem sua 
temperatura variando de -10 °C no inverno até 30 °C no verão. O coeficiente de dilatação 
linear do material de que é feito o trilho é 
510
 
1ºC
. A variação de comprimento que os 
trilhos sofrem na sua extensão é, em metros, igual a: 
 
Resposta: e 
 
 
11- Considere o microssistema abaixo formado por duas pequenas peças metálicas, I e II, 
presas em duas paredes laterais. Observamos que, na temperatura de 15 °C, a peça I tem 
tamanho igual a 2 cm, enquanto a peça II possui apenas 1 cm de comprimento. Ainda 
nesta temperatura as peças estavam afastadas apenas por uma pequena distância d igual 
a 
35 10x 
 cm. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear 
1
 da peça I é igual a 
5 13 10 ºx C 
 e que o da peça II (
II
) é igual a 
5 14 10 ºx C 
, qual deve ser a temperatura do 
sistema, em °C, para que as duas peças entrem em contato sem empenar? 
 
Resposta: d 
 
 
12- Uma peça de zinco é construída a partir de uma chapa quadrada de lado 30 cm, da qual foi 
retirado um pedaço de área de 500 
2cm
. Elevando-se de 50 °C a temperatura da peça 
restante, sua área final, em centímetros quadrados, será mais próxima de: 
(Dado: coeficiente de dilatação linear do zinco = 
5 12,5 10 ºx C 
) 
 
Resposta: b 
13- Uma placa de aço sofre uma dilatação de 2,4 
2cm
, quando aquecida de 100 °C. Sabendo 
que o coeficiente de dilatação linear médio do aço, no intervalo considerado, é 
6 11,2 10 ºx C 
, podemos afirmar que a área da placa, antes desse aquecimento, era: 
 
 
Resposta: d 
 
14- Um estudante pôs em prática uma experiência na qual pudesse observar alguns conceitos 
relacionados à “Dilatação Térmica dos Sólidos”. Ele utilizou dois objetos: um fino fio de 
cobre de comprimento 4L, com o qual montou um quadrado, como mostra a figura I, e uma 
chapa quadrada, também de cobre, de espessura desprezível e área igual a 2L , como 
mostra a figura II. Em seguida, o quadrado montado e a chapa, que se encontravam 
inicialmente à mesma temperatura, foram colocados num forno até que alcançassem o 
equilíbrio térmico com este. 
 
 
Assim, a razão entre a área da chapa e a área do quadrado formado com o fio de cobre, após o 
equilíbrio térmico destes com o forno, é: 
 
Resposta: e 
 
15- O tanque de gasolina de um carro, com capacidade para 60 litros, é completamente cheio 
a 10 °C, e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30 °C. Sendo o 
coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina igual a 
3 11,1 10 ºx C 
, e considerando 
desprezível a variação de volume do tanque, a quantidade de gasolina derramada é, em 
litros: 
 
Resposta: a 
 
16- Um recipiente de vidro de capacidade 500 
3cm
 contém 200 
3cm
 de mercúrio, a 0 °C. 
Verifica-se que, em qualquer temperatura, o volume da parte vazia é sempre o mesmo. 
Nessas condições, sendo 

 o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio, o 
coeficiente de dilatação linear do vidro vale: 
 
Resposta: b 
17- Uma chapa de zinco, cujo coeficiente de dilatação linear é 25.10-6°C-1, sofre elevação de 10°C na sua 
temperatura. Verifica-se que a área da chapa aumenta de 2,0 cm2. Nessas condições, a área inicial 
da chapa mede, em cm2, 
a) 2,0.102 
b) 8,0.102 
c) 4,0.103 
d) 2,0.104 
e) 8,0.104 
Resposta: C 
 
18- Ao ser submetida a um aquecimento uniforme, uma haste metálica que se encontrava inicialmente 
a 0°C sofre uma dilatação linear de 0,1% em relação ao seu comprimento inicial. Se 
considerássemos o aquecimento de um bloco constituído do mesmo material da haste, ao sofrer a 
mesma variação de temperatura a partir de 0°C, a dilatação volumétrica do bloco em relação ao seu 
volume inicial seria de: 
a) 0,33%. 
b) 0,3%. 
c) 0,1%. 
d) 0,033%. 
e) 0,01%. 
Resposta: B 
 
19- O tanque de gasolina de um automóvel, de capacidade 60 litros, possui um reservatório auxiliar de 
retorno com volume de 0,48 litros, que permanece vazio quando o tanque está completamente 
cheio. Um motorista enche o tanque quando a temperatura máxima que o combustível pode 
alcançar, desprezando-se a dilatação do tanque, é igual a: 
 gasolina = 2,0 x 10-4 °C-1 
a) 60°C 
b) 70°C 
c) 80°C 
d) 90°C 
e) 100°C 
Resposta: A 
 
 
20- Um termômetro especial, de líquido dentro de um recipiente de vidro, é constituído de um bulbo 
de 1cm3 e um tubo com secção transversal de 1mm2. À temperatura de 20°C, o líquido preenche o 
tubo até uma altura de 12mm. Considere desprezíveis os efeitos da dilatação do vidro e da pressão 
do gás acima da coluna do líquido. Podemos afirmar que o coeficiente de dilatação volumétricamédia do líquido vale: 
 
a) 3 × 10-4 °C-1 
b) 4 × 10-4 °C-1 
c) 12 × 10-4 °C-1 
d) 20 × 10-4 °C-1 
e) 36 × 10-4 °C-1 
Resposta: B 
 
 
21- A figura a seguir representa o comprimento de uma barra metálica em função de sua temperatura. 
A análise dos dados permite concluir que o coeficiente de dilatação linear do metal constituinte da 
barra é, em °C-1: 
a) 4.10-5 
b) 2.10-5 
c) 4.10-6 
d) 2.10-6 
e) 1.10-6 
 
Resposta: A 
 
CALORIMETRIA 
22- Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar está 
esquematizado na figura a seguir. A água flui do reservatório térmico para as 
tubulações de cobre existentes no interior das placas coletoras e, após captar a energia 
solar, volta ao reservatório pelo outro trecho do encanamento. A caixa de água fria 
alimenta o reservatório, mantendo-o sempre cheio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Suponha que em um determinado instante o reservatório tenha em seu interior 200 
litros de água, em equilíbrio térmico. 
 
Dados : 
massa específica da água  = 1,0 kg / litro 
calor específico da água c = 1,0 cal /g °C 
1,0 cal = 4,2 J 
 
a. Determine a quantidade de calor absorvida por esse volume de água para que sua 
temperatura aumente 20° C, supondo que não haja renovação da água do reservatório. 
 
b. Estime o tempo necessário para este aquecimento, em horas. Para isto, considere que a 
potência solar incidente nas placas coletoras seja de 4,2 kW e que, devido a perdas, 
apenas 40% dessa potência seja utilizada no aquecimento da água. 
 
Resposta: a) 4,0x106cal b)2,77h 
 
 
23- Um cowboy atira contra uma parede de madeira de um bar. A massa da bala de prata 
é 2 g e a velocidade com que esta bala é disparada é de 200 m/s. É assumido que toda a 
energia térmica gerada pelo impacto permanece na bala. 
 
a. Determine a energia cinética da bala antes do impacto. 
 
b. Dado o calor específico da prata 234 J/kg°C, qual a variação de temperatura da bala, 
supondo que toda a energia cinética é transformada em calor no momento que a bala 
penetra na madeira ? 
 
Resposta: a) 40 J b) 85,5 oC 
 
24- O Brasil possui aproximadamente 27 milhões de chuveiros elétricos instalados em 
residências. Mesmo que apenas uma fração desses chuveiros esteja ligada ao mesmo 
tempo, o consumo de energia desses aparelhos ainda é muito grande, principalmente em 
horários de maior demanda de energia. Uma alternativa viável é a utilização de coletores 
de energia solar com o objetivo de aquecer água. Suponha que um sistema de 
aquecimento solar de água, com placas coletoras de área igual a 8 m2, seja utilizado em 
uma residência para aquecer 1 m3 de água contido em um reservatório. O sistema possui 
uma eficiência de 60%, isto é, ele converte 60% da energia solar incidente em calor. 
Considere que a intensidade da radiação solar vale I = 700 W/m2, que o calor específico 
da água vale c(água) = 4.200 J/kg°C e que a densidade da água vale d = 1,0×103 kg/m3. 
 
a. Calcule, em horas, o tempo necessário para que a temperatura da água no reservatório 
aumente 10 °C. 
 
b. Sabendo que um kWh de energia elétrica custa R$ 0,27, calcule quanto se gastaria para 
realizar o mesmo aquecimento usando energia elétrica. 
 
Resposta: a) 3,5 h b) R$ 3,15 
 
 
 
 
 
 
25- Gelo seco nada mais é que gás carbônico (CO2) solidificado e sua aplicação vai de 
efeitos especiais em shows à conservação de alimentos. Tal substância é conhecida desde 
meados do século XIX e recebeu esse nome devido ao fato de não passar pela fusão, 
quando submetida à pressão atmosférica e à temperatura ambiente, como ocorre com o 
gelo comum. 
 
Considere um cubo de 0,10 kg de gelo seco, a – 78°C, e um bloco de gelo comum 
de 1,0 kg, a – 10°C, colocados em um recipiente. 
 
Desprezando a capacidade térmica do recipiente e a troca de calor com o ambiente: 
 
a) determine a temperatura de equilíbrio térmico; 
 
b) descreva os elementos que comporão o sistema no equilíbrio térmico. 
 
Resposta: a) -380C b) gelo comum + vapor de gelo seco 
 
 
Dados: 
Temperatura de sublimação do gelo seco = – 78°C 
Temperatura de fusão do gelo comum = 0°C 
Calor latente de vaporização do gelo seco = 134 cal/g 
Calor específico do vapor de gelo seco = 0,20 cal/g°C 
Calor específico do gelo comum = 0,50 cal/g°C 
 
 
 
 
 
 
26- Para resfriar um motor de automóvel, faz-se circular água pelo mesmo. A água entra 
no motor a uma temperatura de 80°C com vazão de 0,4 L/s, e sai a uma temperatura de 
95°C. A água quente é resfriada a 80°C no radiador, voltando em seguida para o motor 
através de um circuito fechado. 
 
a. Qual é a potência térmica absorvida pela água ao passar pelo motor ? Considere o calor 
específico da água igual a 4200 J/kg°C e sua densidade igual a 1000 kg/m3. 
 
b. Quando um "aditivo para radiador" é acrescentado à água, o calor específico da solução 
aumenta para 5250 J/kg°C, sem mudança na sua densidade. Caso essa solução a 80°C 
fosse injetada no motor em lugar da água, e absorvesse a mesma potência térmica, qual 
seria a sua temperatura na saída do motor ? 
 
Resposta: a) 25200 W b)92 oC 
 
 
 
27- Um grupo de amigos se reúne para fazer um churrasco. Levam um recipiente térmico 
adiabático contendo uma quantidade de gelo a –4°C e 60 latas com 350 mL de 
refrigerante, cada uma. As latas são de alumínio e quando foram colocadas no recipiente 
estavam a uma temperatura de 22°C. 
 
Considere que a densidade e o calor específico do refrigerante sejam, 
aproximadamente, iguais aos da água. 
 
Sabendo-se que, no equilíbrio térmico, a temperatura no interior do recipiente 
adiabático é 2°C, calcule: 
 
a) a quantidade de calor cedida pelas latas e pelo refrigerante; 
 
b) a massa de gelo, em quilogramas, que foi colocada no recipiente. 
 
Resposta: a) 427920 cal b) 5,09 Kg 
 
Dados: 
calor específico do gelo c(g)  0,50 cal/g°C ; 
calor específico da água c(a)  1,0 cal/g°C ; 
calor específico do alumínio c(Al)  0,22 cal/g°C; calor latente de fusão do gelo L  80 
cal/g; 
massa de alumínio em cada lata m(lata)  30 g; densidade da água (a)  1,0 g/cm3 
 
 
 
 
28- Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, há 200 g de gelo a – 20°C. 
Introduz-se, no calorímetro, água a 20°C. O calor latente de solidificação da água é – 80 
cal/g e os calores específicos do gelo e da água (líquida) valem, respectivamente, 0,50 
cal/g.°C e 1,0 cal/g.°C. 
 
Calcule o valor máximo da massa da água introduzida, a fim de que, ao ser atingido o 
equilíbrio térmico, haja apenas gelo no calorímetro. 
Resposta: 20 g 
 
29- Um aquecedor elétrico fechado contém inicialmente 1 kg de água a temperatura de 
25°C e é capaz de fornecer 300 cal a cada segundo. 
Desconsiderando perdas de calor, e adotando 1 cal/(g°C) para o calor específico da água 
e 540 cal/g para o calor latente, calcule : 
 
a. o tempo necessário para aquecer a água até o momento em que ela começa a evaporar. 
 
b. a massa do vapor formado, decorridos 520 s a partir do instante em que o aquecedor foi 
ligado. 
 
Resposta: a) 250g b)150 g 
 
 
 
 
30- O gráfico a seguir representa o aquecimento de 3,0 kg de uma determinada substância 
inicialmente no estado sólido. O aquecimento é feito por meio de uma fonte de potência 
constante 600 W. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O calor específico dessa substância no estado líquido, em J/(g°C), é: 
 
a) 0,72 b) 0,90 c) 2,0 d) 8,2 e) 10,0 
 
31- Uma torneira elétrica tem potência constante de 4,2 × 103 W ou 1,0 × 103 cal/s.Deseja-se elevar de 10°C a temperatura da água que passa por essa torneira. 
 
Considerando-se o calor específico da água 1,0 cal/g°C, a massa de água que deverá 
passar pela torneira num segundo é, em gramas, 
 
a) 10 b) 100 c) 200 d) 400 e) 800 
 
32- Duelo de Gigantes: 
O rio Amazonas é o maior rio do mundo em volume d'água com uma vazão em sua foz 
de, aproximadamente, 175 milhões de litros por segundo. A usina hidroelétrica de Itaipu 
também é a maior do mundo, em operação. A potência instalada da usina é de 12,6 X 109 
W. Suponha que toda essa potência fosse utilizada para aquecer a água que flui pela foz 
do rio Amazonas, sem que houvesse perdas de 
energia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nesse caso, a variação de temperatura dessa água, em grau Celsius, seria da ordem 
de: 
 
Dados: 
calor específico da água c = 1,0 cal/g°C 
densidade da água = 1,0 g/cm3 
1 cal = 4,2 Joules 
 
a) 10 – 2 
b) 10 – 1 
c) 10° 
d) 101 
e) 102 
 
 
33- Um aparelho de microondas é utilizado para aquecer 100 g de água (calor específico 
igual a 1 cal/g.°C), de 25°C a 73°C. O aparelho gera 100 W de potência, sendo que 80% 
da energia produzida atinge a água e é totalmente convertida em calor. 
 
Nessas condições, assinale a alternativa que corresponde a uma afirmação verdadeira. 
 
Obs: Use 1 cal = 4J. 
 
a) A energia total gerada pelo aparelho de microondas em cada segundo é de 80 J. 
b) O calor absorvido pela água durante esse processo de aquecimento é de 4800 J. 
c) O rendimento desse processo é de 20%. 
d) O tempo necessário para esse processo de aquecimento é de 4 minutos. 
 
 
34- O cérebro de um homem típico, saudável e em repouso, consome uma potência de 
aproximadamente 16 W. Supondo que a energia gasta pelo cérebro em 1 min fosse 
completamente usada para aquecer 10 ml de água, a variação de temperatura seria de, 
aproximadamente, 
 
Densidade da água = 1,0.103 kg/m3 
Calor específico da água = 4,2.103 J/kg.°C 
 
a) 0,5 °C 
b) 2 °C 
c) 11 °C 
d) 23 °C 
e) 48 °C 
 
 
35- Uma potência de 2000 watts é usada, durante 1,0 min, para elevar a temperatura, de 
10 °C para 60 °C, de um sólido de massa 0,50 kg. 
 
Considerando que não há mudança de fase durante a elevação da temperatura, o calor 
específico deste sólido, em unidade de J/(kg °C), é: 
 
a) 4,8 x 103 
b) 3,4 x 103 
c) 5,6 x 103 
d) 1,2 x 103 
e) 0,8 x 103 
 
 
 
36- Uma lâmpada de 100 watts, ligada durante 12 minutos, consome energia suficiente 
para vaporizar uma massa m de água, inicialmente a 40 °C e a pressão de 1 atm. 
 
Considerando o calor específico da água c = 1,0 cal/g °C, o calor latente de 
vaporização da água L = 540 cal/g, e que 1 cal = 4 Joules, conclui-se que m, expressa 
em gramas, é igual a: 
 
a) 30 
b) 25 
c) 20 
d) 15 
e) 10 
 
 
 
37- Um bloco de gelo com 725 g de massa é colocado num calorímetro contendo 2,50 kg 
de água a uma temperatura de 5,0°C, verificando-se um aumento de 64 g na massa 
desse bloco, uma vez alcançado o equilíbrio térmico. Considere o calor específico da água 
(c = 1,0 cal/g°C) o dobro do calor específico do gelo, e o calor latente de fusão do gelo de 
80 cal/g. 
 
Desconsiderando a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o 
exterior, assinale a temperatura inicial do gelo. 
 
a) – 191,4°C 
b) – 48,6°C 
c) – 34,5°C 
d) – 24,3°C 
e) – 14,1°C 
 
 
38- Um recipiente de material termicamente isolante contém 300 g de chumbo derretido à 
sua temperatura de fusão de 327 °C. 
 
Quantos gramas de água fervente devem ser despejados sobre o chumbo para que, ao 
final do processo, toda a água tenha se evaporado e o metal solidificado encontre-se a 
100 °C ? Suponha que a troca de calor dê-se exclusivamente entre a água e o chumbo. 
 
Dados: 
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g 
Calor latente de fusão do chumbo = 5,5 cal/g 
Calor específico do chumbo = 0,03 cal/g °C 
 
a) 3,0 g b) 3,4 g c) 5,5 g d) 6,2 g e) 6,8 g 
 
 
39- Num dia muito quente, Roberto pretende tomar um copo de água bem gelada. Para 
isso, coloca, num recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, 
1000 g de água a 15°C e 200 g de gelo a – 6°C. Esperando pelo equilíbrio térmico, 
Roberto obterá : 
 
São dados: 
calor específico da água = 1 cal/g°C 
calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C 
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 
 
a) 1020 g de água e 180 g de gelo, ambos a 0°C. 
b) 1180 g de água e 20 g de gelo, ambos a 0°C. 
c) 1100 g de água e 100 g de gelo, ambos a – 1°C. 
d) 1200 g de água a 0°C. 
e) 1200 g de água a 1°C. 
 
 
40- Um bloco de 10 kg de gelo a 0oC é lançado, com uma velocidade de 10 m/s, sobre uma 
pista áspera à mesma temperatura. Devido ao atrito, o bloco pára. 
 
Supondo que toda energia mecânica foi recebida pelo corpo como energia interna e 
considerando o calor latente de fusão do gelo 335 J/g, a massa do gelo que derrete é, em 
g, aproximadamente, 
 
a) 1,5 
b) 6 
c) 15 
d) 60 
e) 120 
 
 
41- Os aparelhos de ar condicionado utilizam como unidade de energia o Btu (British 
thermal unit). Essa unidade não pertence ao Sistema Internacional de Unidades (S.I.), 
baseado no Sistema Métrico Decimal, e pode ser definida como a quantidade de calor 
necessária para elevar a temperatura de 1,0 libra de água de 63°F para 64°F. 
 
Portanto, podemos afirmar que, em Joules, 1,0 Btu corresponde a: 
 
Dados : 
- o ponto de fusão e ebulição na escala Farenheit são, respectivamente, 32°F e 212°F 
- uma libra de água corresponde a 454 gramas 
- calor específico da água = 1,0 cal/g°C 
- 1cal  4 J 
 
a) 1,0 × 103 J b) 1,8 × 103 J c) 4,54 × 102 J d) 3,2 × 103 J e) 7,0 × 102 J 
 
 
 
 
CONDUÇÃO 
 
42- Uma taxa de calor de 3 kW é conduzida através de um material isolante com área de 
seção reta de 10m2 e espessura de 2,5cm. Se a temperatura da superfície interna 
(quente) é de 415oC e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/mK, qual a 
temperatura da superfície externa? 
 
43- Uma parede de concreto com área superficial de 20 m2 e espessura de 0,30m, separa 
uma sala com ar-condicionado do ar ambiente. A temperatura da superfície interna da 
parede é mantida a 25 oC e a condutividade térmica do concreto é de 1W/mK. 
a) Determine a perda de calor através da parede para temperaturas ambientes na 
faixa de -15 a 38 oC que correspondem aos extremos atingidos no inverno e no 
verão, respectivamente. 
 
44- O fluxo de calor através de uma placa de madeira com 50mm de espessura, cujas 
temperaturas das superfícies interna e externa são de 40 e 20oC, respectivamente, 
foi determinado e é igual a 40W/m2. Qual a condutividade térmica da madeira? 
 
45- As temperaturas das superfícies interna e externa de uma janela de vidro, com 
espessura de 5mm, são de 15 e 5oC, respectivamente. Qual é a perda de calor através 
de uma janela com dimensões de 1m de largura por 3m de altura? A condutividade 
térmica do vidro é igual a 1,4W/mK. 
 
46- A câmara de um freezer é um espaço cúbico com 2m de lado. Considere o fundo como 
sendo perfeitamente isolado. Qual a espessura mínima de um isolamento a base de 
espuma de poliestireno (k=0,030W/mK) que deve ser aplicado nas paredes do topo e 
dos lados para garantir que a carga térmica que entra no freezer seja inferior a 500W, 
quando a suas superfícies interna e externa se encontram a -10 e 35 oC, 
respectivamente. 
 
47- Qual a espessura necessária para uma parede de alvenaria com condutividade térmica 
de 0,75W/mK se a taxade transferência de calor através dessa parede deve ser 
equivalente a 80% da taxa de transferência através de uma parede estrutural com 
condutividade térmica de 0,25W/mK e espessura de 100mm? As superfícies de ambas 
as paredes estão sujeitas à mesma diferença de temperatura. 
 
48- Um circuito integrado (chip) quadrado de silício (k=150W/mK) possui w=5mm de lado 
e uma espessura t=1mm. O chip está alojado no interior de um substrato de tal modo 
que as superfícies laterais e inferior estão isoladas termicamente, enquanto sua 
superfície superior encontra-se exposta a uma substância refrigerante. Se 4W estão 
sendo dissipados pelos circuitos que se encontram montados na superfície inferior do 
chip, qual a diferença de temperatura que existe entre as suas superfícies inferior e 
superior, em condições de regime estacionário? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CONVECÇÃO 
 
49. Você experimenta um resfriamento por convecção toda vez que estende sua mão 
para fora da janela de um veículo em movimento ou que a imerge em uma corrente de 
água fria. Com a superfície de sua mão a uma temperatura de 30oC, determine o fluxo 
de calor por convecção para (a) o caso de um veículo a 35 km/h em meio ao ar a -5 oC 
e com coeficiente de transferência de calor por convecção de 40W/m2K, e para (b) 
uma corrente de água com velocidade de 0,2m/s, temperatura de 10 oC e coeficiente 
de transferência por convecção de 900W/m2K. Qual a condição que o faria sentir mais 
frio? Compare estes resultados com uma perda de calor de aproximadamente 30W/m2 
 para condições ambiente normais. 
 
50. Ar a 40 0C escoa por sobre um cilindro longo, com 25mm de diâmetro, que possui 
um aquecedor elétrico no seu interior. Durante uma bateria de testes foram tomadas 
medidas da potência dissipada por unidade de comprimento do cilindro, P', necessária 
para manter a temperatura da superfície do cilindro em 300 oC para diferentes 
velocidades V da corrente de ar, medidas em uma posição afastada da superfície. Os 
resultados obtidos foram os seguintes: 
Velocidade do ar,V (m/s) 1 2 4 8 12 
Potência, P' (W/m) 450 658 983 1507 1963 
 
 
(a) Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para cada 
velocidade e apresente os seus resultados em um gráfico. 
(b) Supondo que o coeficiente de convecção depende da velocidade de escoamento do 
ar de acordo com uma relação do tipo h=CVn, determine os parâmetros C e n para os 
resultados obtidos na parte (a). 
 
 
 
 
RESPOSTAS: 
 
42. T2 = 651 K = 378 oC 
44. K = 0,1 W/mK 
45. qx = 8400 W 
46. dx = 54mm 
47. dx1 = 375mm 
48. T = 1,1 oC 
49. a) q" = 1400 W/m2 , b) 18000 W/m2