Fuvest 2019 - resolvido - transformação de energia

(Fuvest 2019) Um chuveiro elétrico que funciona em 220 V possui uma chave que comuna entre as posições “verão” e “inverno”. Na posição “verão”, a sua resistência elétrica tem o valor 22 Ω, enquanto na posição “inverno” é 11 Ω. Considerando que na posição “verão” o aumento de temperatura da água, pelo chuveiro, é 5°C, para o mesmo fluxo de água, a variação de temperatura, na posição “inverno”, em °C, é:

 a) 2,5 b) 5,0 c) 10,0 d) 15,0 e) 20,0

Conceitos envolvidos


Antes de resolver esse exercício vamos lembrar alguns conceitos importantes.

Quantidade de calor: A quantidade de calor trocado (cedida ou recebida) por um corpo é proporcional a sua massa, do material de que é constituído o corpo e da variação de temperatura que o corpo sofre. Esta quantidade de calor é dada pela equação abaixo:

Q = m.c.∆T

As transformações de energia aparecem muito nos grandes vestibulares e, por este motivo, o é muito importante conhecer bem o Efeito Joule e saber resolver exercícios relacionados a este fenômeno físico.

Efeito Joule: Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica.

No vídeo abaixo temos uma aula com experimento para o efeito joule:


Resolução da questão


Agora que já relembramos alguns conceitos, vamos para a resolução da questão.

A variação de temperatura da água é dada por

Q = m.c.∆θ

A quantidade de calor (Q) é a energia fornecida pelo chuveiro. Potência é energia por tempo, ou seja:

P = m.c.∆ θ /∆t

m/∆t é a vazão em massa (Zm), logo:

P = Zm.c.∆θ

Estamos considerando que toda energia elétrica será transformada em energia térmica. Sabemos que a potência elétrica total do chuveiro é:

Pt = U2/R

Podemos dizer então:

Zm.c.∆θ = U2/R

A vazão de massa (Zm), o calor específico (c) e a tensão elétrica são constantes então vamos isola-los na equação:

∆θ. R = U2/ Zm. c = constante

Assim alternando entre as posições “verão” e “inverno” temos a mesma relação, resistência vezes variação de temperatura.

∆θ1. R1 = ∆θ2. R2
5. 22 = ∆θ2 . 11
5. 22 / 11 = ∆θ2
5. 2 = ∆θ2
10° C = ∆θ2

Alternativa C.

Confira mais exercícios resolvidos de física.
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