14. Apesar de as paredes das geladeiras serem feitas com material isolante, elas não são iso- lantes perfeitos. Por causa disso, uma geladeira consome energia elétrica apenas para manter a temperatura de seu interior estável, mesmo que ninguém abra a sua porta. O fluxo de calor (D), definido como quantidade de calor conduzido por unidade de tempo pela ΚΑΔΤ porta da geladeira, é dado por: = L que к é a condutividade térmica. Em uma residência, o valor do kWh de energia elétrica é cobrado por R$ 0,50. Considere apenas o calor perdido para o ambiente pela porta da geladeira com área 0,4 m², espessura de 4 cm e condutividade térmica de 1,2 10-³ W/cm . °C. Se a temperatura no interior da geladeira se mantiver a 7 °C e a do exterior 22 °C, qual será o gasto em reais que a geladeira terá para manter a temperatura interna durante 30 dias de funcio- namento, sem ninguém abrir sua porta? Considere que, para cada 1kWh gasto em energia elétrica, a geladeira consiga retirar 0,8 kWh de calor do seu interior e que o fluxo de calor não se altere
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A geladeira gastará aproximadamente R$8,09 durante 30 dias para manter as temperaturas no interior e exterior.
Lei de Fourier, potência e quilowatt-hora
A lei de Fourier determina o fluxo de calor que atravessa um corpo por condução de acordo com a seguinte fórmula:
Ф = k . A . ΔT/L
Sendo:
A potência é uma variação de energia, ou ainda de acordo com a seguinte fórmula:
P = ΔE/Δt
Sendo:
O quilowatt-hora (kWh) é uma unidade de energia equivalente a 3,6.10⁶ J.
Afirma-se que uma porta da geladeira possui uma área de 0,4 m², espessura de 4 cm e uma condutividade térmica de 1,2 10⁻³ W/cm .°C. Também é dado que a temperatura no interior da geladeira é de 7ºC e a temperatura no exterior é igual a 22ºC. Então, substituindo na lei de Fourier para cálculo do fluxo de calor que atravessa a porta da geladeira:
Ф = k . A . ΔT/L = 1,2 10⁻³ . 4000 . (22 - 7)/4
Ф = 18 W
Substituindo na fórmula da potência para cálculo da energia gasta pela geladeira para manter estas temperaturas durante 30 dias, lembrando que em 1 dia há 86400 s:
P = ΔE/Δt
18 = ΔE/30 . 86400
ΔE = 46656000 J = 46,6.10⁶ J
Da regra de três para transformar esta energia em quilowatt-hora:
3,6.10⁶ J ---------------- 1 kWh
46,6.10⁶ J ----------------- x
x = 12,94 kWh
E é dado que para cada 1 kWh gasto em energia elétrica, a geladeira retira 0,8 kWh de calor, então novamente da regra de três para cálculo do gasto de energia:
1 kWh gasto ----------- 0,8 kWh de calor
y --------------------------- 12,94 kWh de calor
y = 16,175 kWh
Para cada kWh de energia elétrica é cobrado R$0,50. Então da regra de três para cálculo do gasto em reais para a geladeira manter estas temperaturas com a porta fechada:
1 kWh -------------- 0,5 reais
16,175 kWh ------- z
z ≅ 8,09 reais
Entenda mais sobre Lei de Fourier: https://brainly.com.br/tarefa/22223682
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