Questão 13

UNICAMP 2013

Física

(UNICAMP - 2013 - 2 fase - Questão 13)

A boa ventilação em ambientes fechados é um fator importante para o conforto térmico em regiões de clima quente. Uma chaminé solar pode ser usada para aumentar a ventilação de um edifício. Ela faz uso da energia solar para aquecer o ar de sua parte superior, tornando-o menos denso e fazendo com que ele suba, aspirando assim o ar dos ambientes e substituindo-o por ar vindo do exterior.

a) A intensidade da radiação solar absorvida por uma placa usada para aquecer o ar é igual a 400 W/m². A energia absorvida durante 1,0 min por uma placa de 2m² é usada para aquecer 6,0 kg de ar. O calor específico do ar é $c mathrm{= 1000 frac{J}{kg , ^{circ}!C}}$ . Qual é a variação de temperatura do ar nesse período?

b) A densidade do ar a 290 K é $ho = mathrm{1,!2 , kg/m ^3}$ . Adotando-se um número fixo de moles de ar mantido a pressão constante, calcule a sua densidade para a temperatura de 300 K. Considere o ar como um gás ideal.

Gabarito:

Resolução:

a) A energia absorvida pela placa é proporcional à intensidade solar, à área do coletor e ao tempo de exposição ao Sol:

$E=IADelta t$

O calor que aquece o ar é

$Q=mcDelta heta$

Igualando ambos:

$IADelta t=mcDelta heta\ Delta heta = frac{400cdot 2 cdot 60}{3,0cdot 1000}=frac{4800}{6000}\ herefore Delta heta = 8 graus Celsius$

b) Pela equação de Clapeyron:

$pV=frac{m}{M}RT\frac{m}{V}=frac{pM}{RT}\ ho=frac{mM}{RT}\$

Para essa relação, rho é inversametne proporcional à T. Assim:

$frac{ ho}{ ho}=frac{T}{T} \ ho = frac{290}{300}cdot 1,2 = 1,16 kg/m^3$

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