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(CESGRANRIO - PETROBRAS - Engenheiro de Equipamento Júnior, 2012) Duas placas quadradas, de lado L = 20 cm, de materiais distintos e espessuras idênticas d_{1} = d_{2} = 5, 0 cm, estão coladas como na figura apresentada a seguir. As condutividades térmicas são k1 = 10 W/(m.K) e K₂ = 100 W/(m.K), e as temperaturas nas extremidades livres são T_{1} = 630K (na placa 1) e T * 2 = 300K na placa 2). A temperatura de equilibrio T da interface entre materiais, em K, é: T 12 L d da A 465 B 630 C 330 D 600 E 300
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Lucas Moraes

anteontem

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anteontem

Para resolver essa questão, podemos usar a lei de Fourier para condução de calor e o conceito de equilíbrio térmico. Quando duas placas estão em contato, a quantidade de calor que passa pela primeira placa deve ser igual à quantidade de calor que passa pela segunda placa em estado estacionário. A fórmula para a transferência de calor é: \[ Q = \frac{k \cdot A \cdot (T_1 - T_2)}{d} \] Onde: - \(Q\) é a quantidade de calor, - \(k\) é a condutividade térmica do material, - \(A\) é a área da placa, - \(T_1\) e \(T_2\) são as temperaturas nas extremidades, - \(d\) é a espessura da placa. Como as espessuras são iguais e a área é a mesma, podemos igualar as taxas de transferência de calor para as duas placas: \[ \frac{k_1 \cdot (T_1 - T)}{d} = \frac{k_2 \cdot (T - T_2)}{d} \] Cancelando \(d\) e rearranjando a equação, temos: \[ k_1 \cdot (T_1 - T) = k_2 \cdot (T - T_2) \] Substituindo os valores: - \(k_1 = 10 \, \text{W/(m.K)}\) - \(k_2 = 100 \, \text{W/(m.K)}\) - \(T_1 = 630 \, K\) - \(T_2 = 300 \, K\) A equação fica: \[ 10 \cdot (630 - T) = 100 \cdot (T - 300) \] Resolvendo a equação: \[ 6300 - 10T = 100T - 30000 \] \[ 6300 + 30000 = 100T + 10T \] \[ 36300 = 110T \] \[ T = \frac{36300}{110} \approx 330 \, K \] Portanto, a temperatura de equilíbrio \(T\) da interface entre os materiais é aproximadamente 330 K. A alternativa correta é: C) 330.

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