PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 29 do IME 2025

Prova objetiva · Física · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Em uma prática de laboratório, a superfície externa de uma parede é integralmente recoberta com um material isolante térmico. Por sua vez, a superfície interna encontra-se exposta a uma chama.

Dados:
• condutividade térmica da parede: 3\text{ W/(m}.^\circ\text{C)};
• condutividade térmica do material isolante: 0{,}02\text{ W/(m}.^\circ\text{C)};
• espessura da parede: 15\text{ cm};
• espessura do material isolante: 4\text{ mm};
• temperatura na superfície livre do isolante: 45\ ^\circ\text{C};
• temperatura na superfície da parede em contato com a chama: 295\ ^\circ\text{C};
• calor latente de fusão do gelo: 336\text{ J/g};
• dimensões da parede e da camada isolante: 2\text{ m} \times 0{,}84\text{ m}.

A massa de gelo máxima, em kg, que a energia incidente na parede é capaz de fundir em uma hora de experimento é:

  1. A
    1{,}5
  2. B
    1{,}8
  3. C
    15
  4. D
    18
  5. E
    20
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Resolução comentada

Parede e isolante estão em série, então o mesmo fluxo de calor atravessa os dois. Cada camada tem resistência térmica R = \frac{L}{kA}, e o fluxo é \Phi = \frac{\Delta T}{R_{total}}.

  1. Área: A = 2 \cdot 0{,}84 = 1{,}68\ \text{m}^2.

  2. Resistência da parede: R_1 = \frac{0{,}15}{3 \cdot 1{,}68} = \frac{0{,}15}{5{,}04} \approx 0{,}02976\ ^\circ\text{C/W}.

  3. Resistência do isolante: R_2 = \frac{0{,}004}{0{,}02 \cdot 1{,}68} = \frac{0{,}004}{0{,}0336} \approx 0{,}11905\ ^\circ\text{C/W}.

  4. Soma: R_{total} \approx 0{,}14881\ ^\circ\text{C/W}.

  5. Fluxo: \Phi = \frac{295 - 45}{0{,}14881} = \frac{250}{0{,}14881} \approx 1680\ \text{W}.

Conferindo: R_{total} = \frac{1}{1{,}68}\left(0{,}05 + 0{,}2\right) = \frac{0{,}25}{1{,}68}, logo \Phi = 250 \cdot 1{,}68/0{,}25 = 1680\ \text{W}.

  1. Energia em 1 h: Q = 1680 \cdot 3600 = 6{,}048 \cdot 10^6\ \text{J}.

  2. Massa de gelo: m = \frac{Q}{L} = \frac{6{,}048 \cdot 10^6}{336} = 18\,000\ \text{g} = 18\ \text{kg}.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aerra por duas ordens de grandeza na conversão de unidades (g, kg ou cm, m).
  • Berra por duas ordens de grandeza na conversão de unidades.
  • Cerra por um fator 10 na conversão de unidades (cm e mm).
  • Evalor próximo, sem origem em nenhum cálculo correto; resultado de arredondamento ou chute.

Assuntos: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação, Mudanças de estado físico e calor latente.

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Fonte: IME 2025 · Prova objetiva. Prova oficial ↗