Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

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TEMPERATURA. CALOR E A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 213
u sufocam a vespa; limitam-se a aquecê-la, au1nentando sua
~rno º
"' eratura do valor normal de 35 C para 47ºC ou 48ºC, um valor
ternPé mortal para a vespa, rnas não para as abelhas (Fig. 18-43).
~~;onha O segu~nte: 500 abelhas formam um.a bola de ra~o R = ~.O
durante um intervalo de tempo t = 20 1n1n, o mecanismo pr1nc~
ai de perda de energia da bola é a radiação té1mica, a superfície
CIP · •
da bola tem uma em1ssiv~ 'd a d e e = O , 80 . e a temperatura da bola é
uniforme. Qual é a quantidade de energia que uma abelha precisa
produzir, em média, durante os 20 min para 1nanter a temperatura
da bola em 47ºC?
esquerdo e o lado direito da camada)? Se o valor de k 2 fosse l,lk,,
(b) a taxa de condução de energia através da parede seria maior,
menor ou igual à anterior e ( c) qual seria o valor de !::.T2?
Figura 18-45 Problema 60.
••61 Uma placa de gelo com 5,0 cm de espessura se formou na superfície
de uma caixa d'água em um dia frio de inverno (Fig. 18-46).
O ar acima do gelo está a - 1 OºC. Calcule a taxa de formação da
placa de gelo em cm/h. Suponha que a condutividade térmica do
gelo é 0,0040 cal/s ·cm· Cº e que a massa específica é 0,92 g/cm 3 •
Suponha também que a transferência de energia através das paredes
e do fundo do tanque pode ser desprezada.
Ar
figura 18-43 Problema 56. (©Dr. Masato Ono, Tamagawa
University)
••57 (a) Qual é a taxa de perda de energia em watts por metro quadrado
através de uma janela de vidro de 3,0 mm de espessura se a
temperatura externa é -20ºF e a temperatura interna é +72ºF? (b)
Uma janela para tempestades, feita com a mesma espessura de vidro,
é instalada do lado de fora da primeira, com um espaço de 7 ,5
cm entre as duas janelas. Qual é a nova taxa de perda de energia se
a condução é o único mecanismo importante de perda de energia?
••58 Um cilindro maciço de raio r 1 = 2,5 cm, comprimento h1 =
5,0 cm, emissividade e = 0,850 e temperatura Te = 30ºC está suspenso
em um ambiente de temperatura T 0
= 50ºC. (a) Qual é a taxa
líquida P 1
de transferência de radiação térmica do cilindro? (b) Se o
cilindro é esticado até que o raio diminua para r 2 = 0,50 cm, a taxa
líquida de transferência de radiação térmica passa a ser P 2· Qual é
a razão PJP,?
••59 Na Fig. 18-44a, duas barras retangulares metálicas de mesmas
dimensões e feitas da mesma substância são soldadas pelas faces de
menor área e mantidas a uma temperatura T, = OºC do lado esquerdo
e a uma temperatura T 2
= 1 OOºC do lado direi~o .. Em 2,0 min, 1 O J
são conduzidos a uma taxa constante do lado direito para o lado esquerdo.
Que tempo seria necessário para conduzir 1 O J se as placas
fossem soldadas pelas faces de maior área, como na Fig. l 8-44b?
Figura 18-44 Problema 59.
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(a}
( b)
Figura 18-46 Problema 61.
• •62 1:!i,;: Efeito Leidenfrost. Quando se deixa cair uma gota d'água
em uma frigideira cuja temperatura está entre 100°C e 200ºC, a gota
dura menos de 1 s. Entretanto, se a temperatura da frigideira é maior,
a gota pode durar vários minutos, um efeito que recebeu o nome de
um médico alemão que foi um dos primeiros a investigar o fenômeno.
O efeito se deve à formação de uma fina camada de ar e vapor d'água
que separa a gota do metal (Fig. 18-47). Suponha que a distância entre
a gota e a frigideira é L = O, 100 mm e que a gota tem a forma de um
cilindro de alturah = 1,50 mme área da base A= 4.00 X 10- 6 m 2 • Suponha
também que a frigideira é mantida a uma temperatura constante
T 1
= 300ºC e que a temperatura da gota é 100°C. A massa específica
da água é p = 1000 kg/in 3 e a condutividade térmica da camada que
separa a gota da f1igideira é k = 0,026 W/m · K. (a) Com que taxa a
energia é conduzida da frigideira para a gota? (b) Se a condução é a
principal forma de trans1nissão de energia da frigideira para a gota,
quanto te,npo a gota leva para evaporar?
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Figura 18-47 Problcn,a ó:!.
Gota d'ãgua
1
Fri~pdc:ira
r 1\ Fig. 18-48 1no~tra un1a parede feita de quatro can1adas, de
L·ond1111, 1J.1dl'" tcrn11l.·a, k, - O,OoO \V/tu·l\.. k1 = 0,040 W/tn · K
L t. 11, I ~ \\ /111 • K (1~ nflo L' conhcc1<la) ,\~ espessuras das ca-