Questão 22272

ESPCEX 2015

Física

(EsPCEx - 2015) Num recipiente contendo 4,0 litros de água, a uma temperatura inicial de 20°C existe um resistor ôhmico, imerso na água, de resistência elétrica R = 1 $Omega$ alimentado por um gerador ideal de força eletromotriz E = 50 V conforme o desenho abaixo. O sistema encontra-se ao nível do mar.

A transferência de calor para a água ocorre de forma homogênea. Considerando as perdas de calor desprezíveis para o meio, para o recipiente e para o restante do circuito elétrico, o tempo necessário para vaporizar 2,0 litros de água é

4.080 s

2.040 s

3.200 s

2.296 s

1.500 s

Gabarito:

2.296 s

Resolução:

Neste processo, há o aquecimento de toda a água do tanque (4,0 L ou 4,0 kg de água), mas apenas 2,0 L (ou 2,0 kg) de água são vaporizadas. Com isso, o calor envolvido neste processo é:

$Q=Q_{aquecimento}+Q_{vaporizac ilde ao}=m_{total}cdot ccdotDelta T+m_{vaporizada}cdot L$

$Q=4cdot4cdot(100-20)+2cdot 2230$

$\ herefore Q=5740,kJ=5740cdot10^3J=5,74cdot10^6J$

Para relacionar o calor envolvido com o tempo empregado, nós utilizamos a potência dissipada pelo resistor (responsável pelo aquecimento). Assim:

$Pot=Ui=frac{U^2}{R}$

$\No;sistema: U=E ightarrow Pot=frac{E^2}{R}=frac{50^2}1$

$\ herefore Pot=2500 W$

Por fim, calculamos o tempo em função da potência e do calor (energia):

$Energia=Potcdot Delta t$

$Q=PotcdotDelta t ightarrowDelta t=frac{Q}{Pot}=frac{5740cdot10^3}{2500}=frac{574cdotcancel{10^4}}{0,25cdotcancel{10^4}}=frac{574}{frac14}=574cdot4$

$\ hereforeDelta t=2296,s$

Alternativa D.

Questões relacionadas

Questão 4512

(EsPCEx - 2015) Um corpo de massa 300 kg é abandonado, a partir do repouso, sobre uma rampa no ponto A, que está a 40 m de altura, e desliza sobre a rampa até o ponto B, sem...

Ver questão

Questão 5177

(EsPCEx -2015) Um estudante foi ao oftalmologista, reclamando que, de perto, não enxergava bem. Depois de realizar o exame, o médico explicou que tal fato acontecia porque o po...

Ver questão

Questão 5768

(EsPCEx - 2015) A figura abaixo representa um fio condutor homogêneo rígido, de comprimento L e massa M, que está em um local onde a aceleração da gravidade...

Ver questão

Questão 22093

(EsPCEx - 2015) Um móvel descreve um movimento retilíneo uniformemente acelerado. Ele parte da posição inicial igual a 40 m com uma velocidade de 30 m/s, no sent...

Ver questão