Alternativa correta: C - 85°C

Tema central: A questão aborda transferência de calor por convecção, fundamental em mecânica térmica e tratamento térmico de materiais. Esse conceito é essencial para entender como ocorre o equilíbrio térmico entre superfícies e fluidos, como o ar em contato com uma placa aquecida.

Resumo teórico: O calor absorvido por uma superfície pode ser dissipado para o ambiente por convecção. A taxa de transferência de calor por convecção é dada pela Lei de Newton do Resfriamento:

Q = h·A·(T_placa - T_ar)

Onde:

• Q = fluxo de calor (W)
• h = coeficiente de transferência de calor (W/m²·°C)
• A = área da superfície (m²)
• T_placa = temperatura da placa (°C)
• T_ar = temperatura do ar ambiente (°C)

Como a placa absorve 300 W/m² e dissipa por convecção, temos:

300 = 5·(T_placa - 25)

Resolvendo:

T_placa - 25 = 60 ⇒ T_placa = 85°C

Fontes confiáveis: Incropera & DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer; Manual do SENAI, Técnicas de Tratamento Térmico.

Justificativa da alternativa correta: A alternativa C é a única que representa corretamente a diferença de temperatura necessária para que o calor absorvido (300 W/m²) seja dissipado para o ar ambiente, usando o coeficiente de convecção informado.

Análise das alternativas incorretas:

• A - 40°C: Representa uma diferença de apenas 15°C, que só permitiria dissipar 75 W/m², insuficiente.
• B - 35°C: Diferença de 10°C (apenas 50 W/m² de dissipação), muito aquém do necessário.
• D - 60°C: Diferença de 35°C (175 W/m²), ainda insuficiente para o balanço térmico.

Dicas de interpretação: Identifique se o sistema está em equilíbrio térmico (calor absorvido = calor dissipado), e destaque os dados fornecidos (potência, coeficiente e temperatura ambiente). Cuidado para não confundir unidade de área ou esquecer de isolar a variável correta na equação.

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q = K * A ( ΔT) / L

q = K * (ΔT)

K * (ΔT) = q

5 W / m² * °C * ( T1 - 25 °C ) = 300 W/m²

T1 * 5 W /m²* °C - 125 W /m² = 300 W/m²

T1 * 5 W /m²* °C = 300 W/m² + 125 W/m²

T1 = 425 W/m² / 5 W/m² * °C

T1 = 85 °C