Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 18.4 - Ex. 29
Em qualquer aquecedor solar, a radiação do Sol é absorvida pela água que circula em tubos em um coletor situado no telhado. A radiação solar penetra no coletor através de uma cobertura transparente e aquele a água dos tubos; em seguida, a água é bombeada para um tanque de armazenamento. Suponha que a eficiência global do sistema é de (ou seja, da energia solar incidente é perdida). Que área de coleta é necessária para aumentar a temperatura de de água no tanque de para em se a intensidade da luz solar incidente é .
Passo 1
Show de bola pessoal, primeiro vamos descobrir quanto de energia é necessário para elevar essa quantidade de água de para .
Da fórmula do calor sensível temos que:
Se vamos usar o coeficiente de calor sensível da água , precisamos da massa em gramas. Sabendo que a densidade da água é , então a massa de é dada por:
Sendo assim:
Agora podemos calcular o calor:
Como temos a taxa de luz incidente por área em , é importante passarmos esse calor para agora, para não haver confusão depois.
Aqui vai uma dica para TODAS as questões de física: se você não sabe por onde começar, depois de extrair todas as informações que o problema te dá, vai lá e dá uma olhada nas unidades, elas podem te indicar o caminho. E sempre, seeeempre busca colocar as quantidades envolvidas nas unidades do Sistema Internacional, isso vai facilitar muito a vida de vocês =)
Bora voltar pra questão?
Passo 2
O próximo passo é determinar qual a potência necessária para aquecer esse tanto de água em . Bom, potência nós já sabemos que é a taxa de energia por unidade de tempo:
Como a nossa energia é na forma de calor sensível, a fórmula fica:
E a potência necessária é dada por (o tempo tem de ser dado em segundos!):
Passo 3
Sabendo da potência, agora podemos finalmente calcular a área necessária. Mas tomem cuidado, pois não é toda energia incidente que é convertida em calor. Apenas dela é utilizada para aquecer a água.
Então, na verdade o que temos não é , e sim apenas disso. Ou seja: útil de potência da luz incidente.
Agora é só dividir o valor da potência necessária para aquecer a água pela potência útil fornecida pelo sistema de aquecimento para determinar quantos metros quadrados de placas será necessário:
Assim serão necessários de área de placas.
Bons estudos pessoal! Próxima!