Considere um fio de cobre com diâmetro de 3 mm e 15 m de comprimento. A superfície externa do fio está exposta a uma corrente de ar a
com um coeficiente convectivo igual a
. A resistência elétrica do fio é de 135 ohms e uma corrente elétrica de 1.2 ampére é estabelecida no fio num determinado instante.
Calcule a perda de calor do fio para o ar e a temperatura na superfície do fio na condição de regime estacionário. (2 pontos)
Calcule a perda de calor do fio para o ar e a temperatura na superfície do fio na condição de regime estacionário. (2 pontos)
Passo 1
Beleza, resumo da questão: a gente tem um fio de cobre (diâmetro 3 mm, comprimento 15 m) por onde passa uma corrente de 1,2 A e a resistência total é 135 Ω. A peça está em ar a 26 °C, com convecção de coeficiente 18 W/(m²·°C).
Conteúdo: transferência de calor por convecção e geração interna de calor (efeito Joule).
O que vamos usar:
Conteúdo: transferência de calor por convecção e geração interna de calor (efeito Joule).
O que vamos usar:
- Potência gerada pelo efeito Joule:
. - Fluxo de calor por convecção:
. - Área externa de um cilindro:
.
Na condição de regime estacionário, toda a potência elétrica vira calor que sai por convecção:.
Passo 2
Calcular a potência gerada (efeito Joule):
Passo 3
Calcular a área externa do fio (cilindro):
Agora a gente usa
para achar
:
Como o ar está a
,
Resposta
Perda de calor para o ar:
.
Temperatura da superfície do fio em regime: .
Temperatura da superfície do fio em regime: