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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 26.Exercício - Ex. 19

No circuito da Figura 26.47, um resistor de 20   Ω está imerso em 100 g de água pura, contida em um recipiente de isopor isolante. Supondo que a água esteja inicialmente a 10,0 ° C , quanto tempo levará para ela atingir a temperatura de 58,0   ° C ?

Passo 1

Olá garela... Vejamos bem, vamos substituir séries e combinações paralelas de resistores pelos seus equivalentes até o circuito é reduzido a um único loop. Usaremos a equação do loop para encontrar a corrente através do resistor de 20,0   Ω .

Vamos definir P = I 2 R para o resistor 20,0   Ω é igual à taxa Q / t na qual o calor entra na água e define Q = m c ∆ T .

Passo 2

Vamos substituir a rede pelo resistor equivalente, como mostra a Figura a seguir:

Assim, temos que:

30 V - I 20 Ω + 5 Ω + 5 Ω = 0

I = 1   A

Para o resistor 20,0   Ω , a energia térmica é gerada na taxa P = I 2 R = 20 W .

Passo 3

Q = P t   e Q = m c ∆ T

Nos da que:

t = m c ∆ T P = ( 0,100 k g ) ( 4190 J / k g ⋅ K ) ( 48 ° C ) 20 W = 1,01 × 10 3   s

A bateria está fornecendo calor na taxa P = ε I = 30,0   W . No circuito em série, mais energia é dissipada no resistor maior ( 20,0   Ω ) do que nos menores ( 5,00   Ω ).

Resposta

t = 1,01 × 10 3   s

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