Unicamp - Física 3 – P2 2018.1 - DIURNO - 5
Uma cafeteira automática usa um elemento de aquecimento resistivo para ferver de água que estavam inicialmente à temperatura de . A corrente consumida pela cafeteira é quando ligada a uma tomada de . Dado que o calor específico da água é aproximadamente , quanto tempo, aproximadamente, a água leva para ferver?
- 20 minutos;
- 10 minutos;
- 5 minutos;
- 1 minuto;
- 15 minutos.
Passo 1
Vamos entender, rapidinho, o que está acontecendo aqui. A cafeteira tem uma resistência interna e por ela passa uma corrente quando está ligada uma tomada com voltagem . Ao passar pela resistência, uma certa energia é dissipada pelo resistor e parte dessa energia perdida, ou toda ela, vai para a água, aquecendo-a.
Então, primeiro a gente precisa encontrar a energia dissipada pelo resistor. A taxa com que a energia é dissipada pelo resistor quando percorrido por é:
Mas, como o resistor está ligado na tomada, ele tem uma ddp , então, . Colocando na expressão acima e substituindo os valores do enunciado, temos:
Repara que a potência dissipada é uma quantidade de energia perdida por unidade de tempo e, nesse caso, o resistor perde uma energia de a cada segundo.
Em outras palavras, a água vai receber essa energia a cada segundo que se passa e esse processo vai aquecendo-a.
Ok até aqui?
Passo 2
Agora, para que a água seja fervida, ou seja, saia da temperatura inicial e chegue até a final , temperatura em que ferverá, a energia que a massa de água precisa ganhar é:
Considerando que TODA a energia dissipada pelo resistor seja usada para aquecer a água, então o tempo necessário para que a água ferva é:
Resposta
Letra b.