Calcule a taxa de transferência de calor para a água, a Ts=100^circ C, em uma panela de 20 cm de diâmetro, com uma diferença de temperatura Tz-Ts=10^circ C.

Passo 1

Beleza, vamos lá. A questão pede para calcular a taxa de transferência de calor (ou potência térmica) que vai da panela para a água, sabendo que a água está a , a panela tem 20 cm de diâmetro e a diferença de temperatura entre o fundo da panela e a água é .
Conteúdo: transferência de calor por convecção.
O que precisamos:
  1. Área do fundo da panela .
  2. Coeficiente de transferência convectiva (um valor típico para ebulição de água).
  3. Aplicar a lei de Newton do resfriamento .

Passo 2

Calcular a área do fundo da panela.
O diâmetro é A ;=; pi D^24 ;=;pi,(0,20)^24 ;=;0,0314 m^2 (aprox) , então

Passo 3

A teoria: na convecção (ou ebulição), a taxa de calor é
dot Q ;=; h , A , De
onde
  • é o coeficiente convectivo (W/m²·K),
  • é a área de contato (m²),
  • é a diferença de temperatura (K ou °C).
Para água fervendo em ebulição nucleada costuma-se usar .

Passo 4

Agora é só colocar os números:
dot Q = (10,000 tfracWm^2cdotK) ;times; 0,0314 m^2 ;times; 10 K ;=; 3,140 W

Resposta

A taxa de transferência de calor é aproximadamente .

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