Considere uma massa de 100 g de gelo
que deve ser aquecida usando um aquecedor com potência de 200 W até termos água a
. Calcule o tempo necessário. (Dados: o calor específico da água é
, o calor específico do gelo é
, o calor latente de fusão do gelo é
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma massa de 100 gramas de gelo a -5°C que precisa ser aquecida até virar água a 70°C usando um aquecedor de 200 W. Para isso, vamos usar conceitos de calor específico e calor latente de fusão. Precisamos calcular o tempo necessário para essa transformação.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a massa de 100 gramas para quilogramas, porque as unidades do calor específico e do calor latente estão em joules por quilograma.
Passo 3
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer o gelo de -5°C até 0°C. Usamos a fórmula do calor sensível:
Onde:
Passo 4
Depois, precisamos calcular o calor necessário para derreter o gelo, ou seja, a mudança de fase de sólido para líquido. Usamos a fórmula do calor latente de fusão:
Onde:
Passo 5
Em seguida, calculamos o calor necessário para aquecer a água de 0°C até 70°C usando o calor específico da água:
Onde:
Passo 6
Agora, somamos todos os calores calculados para obter o calor total necessário:
Passo 7
Por fim, para encontrar o tempo necessário, usamos a relação entre energia, potência e tempo:
Onde:
Resposta
O tempo necessário para aquecer o gelo até a água a 70°C é de aproximadamente 152,26 segundos.
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Um capacitor
inicialmente descarregado é carregado totalmente por uma fonte de força eletromotriz constante ligada em série com um resistor
(i.e., um circuito
série formado por um capacitor, uma fonte ideal de força eletromotriz e uma resistência
). Determine:
(a) a carga no capacitor em função do tempo e avalie os limites
e
;
(b) a corrente de carga do capacitor em função do tempo e avalie os limites e
;
© a diferença de potencial entre as placas do capacitor durante o processo de carga e avalie os limites
e
.
(e) Mostre que a energia final armazenada no capacitor é igual à metade da energia fornecida pela fonte.
(f) Integrando o produto no intervalo de tempo do carregamento, mostre que a energia térmica dissipada pelo resistor também é igual à metade da energia fornecida pela fonte.
(a) a carga no capacitor em função do tempo
(b) a corrente de carga do capacitor em função do tempo e avalie os limites
© a diferença de potencial
(e) Mostre que a energia final armazenada no capacitor é igual à metade da energia fornecida pela fonte.
(f) Integrando o produto
Considere uma barra de comprimento
de um material com coeficiente de dilatação linear
conectada a uma barra de comprimento
de um material com coeficiente de dilatação linear
. Encontre o coeficiente de dilatação linear da barra.
Um aquecedor elétrico de ar é constituído por um conjunto horizontal de tiras finas metálicas que possuem, cada uma, 10 mm de comprimento na direção do escoamento do ar, que é paralelo à superfície superior das tiras. Cada tira possui
de largura e 25 tiras são posicionadas lado a lado, formando uma superfície lisa e contínua sobre
a qual o ar escoa a uma velocidade de . Durante a operação, cada tira é mantida a
e o ar está a
. Qual é a taxa de transferência de calor na primeira tira? E na quinta tira? Na décima tira? Em todas as tiras?
a qual o ar escoa a uma velocidade de
Resp.:
q na primeira tira:
q na quinta tira:
na décima tira:
q em todas as tiras:
q na quinta tira:
q em todas as tiras: