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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 26.Exercício - Ex. 53

O elemento aquecedor de uma estufa elétrica é constituído por um fio envolvido por um material eletricamente isolado que, por sua vez, está no interior de um invólucro metálico. O fio aquecedor possui resistência de 20   Ω na temperatura ambiente ( 23   ° C ) em um coeficiente de temperatura da resistividade α = 2,8 × 10 - 3 ° C - 1 . O elemento aquecedor é inicialmente ligado, qual é a corrente que ele consome e qual é a potencia dissipada? (b) Quando o elemento aquecedor atinge a temperatura de operação de 280   ° C , qual é a corrente que ele consome e a potencia nele dissipada?

Passo 1

A lei de Ohm e a equação P = V a b I = I 2 R = V a b 2 / R podem ser usadas para calcular o terreno P dado V e R . Usaremos a equação R T = R 0 1 + α T - T 0 para calcular a resistência na temperatura mais alta.

Passo 2

  1. Quando o elemento aquecedor é ligado pela primeira vez, ele está à temperatura ambiente e tem resistência R = 20   Ω .

    2. I = V R = 120   V 20   Ω = 6,0   A

    P = V 2 R = 120   V 2 20   Ω = 720   W

    Passo 3

  2. Encontre a resistência R ( T ) do elemento à temperatura operacional de 280   ° C .

Tomando T 0 = 23,0   ° C e R 0 = 20   Ω .

A equação R T = R 0 1 + α T - T 0   nos dá:

R T = R 0 1 + α T - T 0 = 20   Ω 1 + 2,8 × 10 - 3 ° C - 1 280 ° C - 23,0 ° C = 34,4   Ω .

I = V R = 120   V 34,3   Ω = 3,5   A

P = V 2 R = 120   V 2 34,3   Ω = 420   W  

Quando a temperatura aumenta, R aumenta e I e P diminuem. As mudanças são substanciais.

Resposta

  1. I = 6,0   A e P = 720   W
  2. I = 3,5   A e P = 420   W
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