Um ebulidor consiste em um resistor de
ligado em um circuito de tensão 110 V. Quanto tempo demoraria para evaporar um litro de água a
?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A parada é a seguinte: temos um resistor de
ligado a uma fonte de tensão de 110 V. A gente quer descobrir quanto tempo vai levar pra evaporar um litro de água que está a 30°C. Vamos usar conceitos de eletricidade e termodinâmica para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos descobrir a potência que o resistor está consumindo. A potência § em um resistor pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
-
é a tensão (110 V) -
é a resistência (1 Ω)
Substituindo os valores:
Então, a potência do resistor é de 12.100 watts.
Passo 3
Agora, precisamos calcular a quantidade de energia necessária para evaporar 1 litro de água a 30°C. Vamos dividir isso em duas partes:
- Aquecimento da água de 30°C até 100°C (ponto de ebulição)
- Vaporização da água a 100°C
1. Aquecimento da água:
A energia necessária para aquecer a água é dada por:
Onde:
-
é a massa da água. Sabemos que 1 litro de água tem massa de aproximadamente 1 kg. -
é a capacidade térmica da água ( ) -
é a mudança de temperatura (100°C - 30°C = 70°C)
Substituindo:
2. Vaporização da água:
A energia necessária para vaporizar a água é dada por:
Onde:
-
é o calor latente de vaporização da água ( )
Substituindo:
Energia total necessária:
Passo 4
Agora que temos a energia total necessária, vamos calcular o tempo que o resistor levará para fornecer essa energia. A relação entre energia, potência e tempo é:
Rearranjando para encontrar o tempo (
):
Substituindo os valores:
Resposta
Demoraria aproximadamente 211 segundos para evaporar um litro de água a 30 °C.
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