Um sistema de aquecimento elétrico para banheiras está sendo projetado com o objetivo de funcionar com duas opções de fluxos de água constantes, de modo que, em qualquer um desses fluxos, a água, em condições ambiente, tenha sua temperatura elevada em 20ºC. Para isso, esquematizou-se um circuito elétrico com três resistores ôhmicos de resistências de 1 Ω e uma chave, que vira quando se alterna entre os fluxos de água. O circuito, conforme a figura a seguir, é alimentado por uma fonte de 200V.
Considere que a água tem densidade de 1 kg/L e calor específico igual a 4000 J/kgºC e que toda a potência elétrica dissipada pelos resistores é utilizada para aquecer o fluxo de água.
A diferença entre as duas opções de fluxo de água desse chuveiro deve ser de, aproximadamente,
a) 0,08 L/s
b) 0,25 L/s
c) 0,50 L/s
d) 0,67 L/s
e) 0,75 L/s
C
Olá, Comunidade!
Vocês devem ter notado que o site ficou um período fora do ar (do dia 26 até o dia 30 de maio de 2024).
Consegui recuperar tudo, e ainda fiz um UPGRADE no servidor! Agora estamos em um servidor dedicado no BRASIL!
Isso vai fazer com que o acesso fique mais rápido (espero )
Já arrumei os principais bugs que aparecem em uma atualização!
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Vamos crescer essa comunidade juntos
Grande abraço a todos,
Prof. Caju
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Física III ⇒ (Simulado SAS ENEM) - Circuitos Elétricos + Calor Tópico resolvido
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Mar 2022
27
22:20
Re: (Simulado SAS ENEM) - Circuitos Elétricos + Calor
Calculando a potência dissipada pelos resistores na configuração de chave aberta:
Neste caso, o resistor após a chave está desconectado do circuito. A resistência equivalente da associação é [tex3]\mathsf{R_{eq} \ = \ 1 \ + \ 1 \ = \ 2 \ \Omega}[/tex3] , e a potência dissipada na equivalente é [tex3]\mathsf{P_1 \ = \ \dfrac{200^2}{2} \ = \ 2 \cdot 10^4 \ W}[/tex3] .
Calculando a potência dissipada pelos resistores na configuração de chave fechada:
Os resistores no ramo do meio estão em série entre si e em paralelo com o do ramo à direita, de forma que [tex3]\mathsf{R_{eq} \ = \ (1 \ + \ 1) \ \parallel \ 1 \ \therefore \ R_{eq} \ = \ 2 \ \parallel \ 1 \ = \ \dfrac{2}{3} \ \Omega.}[/tex3]
A potência dissipada pela equivalente é [tex3]\mathsf{P_2 \ = \ \dfrac{200^2}{\frac{2}{3}} \ = \ 6 \cdot 10^4 \ W.}[/tex3]
Considerando que a potência dissipada pelos resistores é integralmente usada no aquecimento de água, podemos igualar essa potência elétrica (vinda do circuito) com a taxa temporal de calor usado para aquecer a água em [tex3]\mathsf{20^\circ C}[/tex3] .
[tex3]\mathsf{P \ = \ \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P \ = \ \dfrac{\Delta m\cdot c \cdot \Delta T}{\Delta t}}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P \ = \ \underbrace{\dfrac{\Delta m}{\Delta t}}_{\phi} \cdot c \cdot \Delta T}[/tex3] , onde [tex3]\mathsf{\phi}[/tex3] é o fluxo temporal de massa de água que passa no chuveiro. Nas unidades do exercício, esse fluxo é dado em [tex3]\mathsf{\dfrac{kg}{s}}[/tex3] , e, sabendo que [tex3]\mathsf{1 \ kg}[/tex3] de água equivale a [tex3]\mathsf{1 \ L}[/tex3] , podemos facilmente converter o fluxo para [tex3]\mathsf{\dfrac{L}{s}}[/tex3] .
[tex3]\mathsf{c \ = \ 4000 \ \dfrac{J}{kg \cdot ^\circ C}}[/tex3] e [tex3]\mathsf{\Delta T \ = \ 20^\circ C}[/tex3] são constantes para ambos os casos.
Dado que [tex3]\mathsf{P_1 \ = \ 2 \cdot 10^4 \ W:}[/tex3]
[tex3]\mathsf{2 \cdot 10^4 \ = \ \phi_1 \cdot 4000 \cdot 20 \ \therefore \phi_1 \ = \ 0,25 \ \dfrac{kg}{s} \ = \ 0,25 \ \dfrac{L}{s}.}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P_2 \ = \ 6 \cdot 10^4 \ W:}[/tex3]
[tex3]\mathsf{6 \cdot 10^4 \ = \ \phi_2 \cdot 4000 \cdot 20 \ \therefore \phi_2 \ = \ 0,75 \ \dfrac{kg}{s} \ = \ 0,75 \ \dfrac{L}{s}.}[/tex3]
[tex3]\mathsf{\phi_2 \ - \ \phi_1 \ = \ 0,75 \ - \ 0,25 \ = \ \boxed{\mathsf{0,5 \ \dfrac{L}{s}}}}[/tex3]
Neste caso, o resistor após a chave está desconectado do circuito. A resistência equivalente da associação é [tex3]\mathsf{R_{eq} \ = \ 1 \ + \ 1 \ = \ 2 \ \Omega}[/tex3] , e a potência dissipada na equivalente é [tex3]\mathsf{P_1 \ = \ \dfrac{200^2}{2} \ = \ 2 \cdot 10^4 \ W}[/tex3] .
Calculando a potência dissipada pelos resistores na configuração de chave fechada:
Os resistores no ramo do meio estão em série entre si e em paralelo com o do ramo à direita, de forma que [tex3]\mathsf{R_{eq} \ = \ (1 \ + \ 1) \ \parallel \ 1 \ \therefore \ R_{eq} \ = \ 2 \ \parallel \ 1 \ = \ \dfrac{2}{3} \ \Omega.}[/tex3]
A potência dissipada pela equivalente é [tex3]\mathsf{P_2 \ = \ \dfrac{200^2}{\frac{2}{3}} \ = \ 6 \cdot 10^4 \ W.}[/tex3]
Considerando que a potência dissipada pelos resistores é integralmente usada no aquecimento de água, podemos igualar essa potência elétrica (vinda do circuito) com a taxa temporal de calor usado para aquecer a água em [tex3]\mathsf{20^\circ C}[/tex3] .
[tex3]\mathsf{P \ = \ \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P \ = \ \dfrac{\Delta m\cdot c \cdot \Delta T}{\Delta t}}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P \ = \ \underbrace{\dfrac{\Delta m}{\Delta t}}_{\phi} \cdot c \cdot \Delta T}[/tex3] , onde [tex3]\mathsf{\phi}[/tex3] é o fluxo temporal de massa de água que passa no chuveiro. Nas unidades do exercício, esse fluxo é dado em [tex3]\mathsf{\dfrac{kg}{s}}[/tex3] , e, sabendo que [tex3]\mathsf{1 \ kg}[/tex3] de água equivale a [tex3]\mathsf{1 \ L}[/tex3] , podemos facilmente converter o fluxo para [tex3]\mathsf{\dfrac{L}{s}}[/tex3] .
[tex3]\mathsf{c \ = \ 4000 \ \dfrac{J}{kg \cdot ^\circ C}}[/tex3] e [tex3]\mathsf{\Delta T \ = \ 20^\circ C}[/tex3] são constantes para ambos os casos.
Dado que [tex3]\mathsf{P_1 \ = \ 2 \cdot 10^4 \ W:}[/tex3]
[tex3]\mathsf{2 \cdot 10^4 \ = \ \phi_1 \cdot 4000 \cdot 20 \ \therefore \phi_1 \ = \ 0,25 \ \dfrac{kg}{s} \ = \ 0,25 \ \dfrac{L}{s}.}[/tex3]
[tex3]\mathsf{P_2 \ = \ 6 \cdot 10^4 \ W:}[/tex3]
[tex3]\mathsf{6 \cdot 10^4 \ = \ \phi_2 \cdot 4000 \cdot 20 \ \therefore \phi_2 \ = \ 0,75 \ \dfrac{kg}{s} \ = \ 0,75 \ \dfrac{L}{s}.}[/tex3]
[tex3]\mathsf{\phi_2 \ - \ \phi_1 \ = \ 0,75 \ - \ 0,25 \ = \ \boxed{\mathsf{0,5 \ \dfrac{L}{s}}}}[/tex3]
That's all I'd do all day. I'd just be the catcher in the rye and all.
"Last year's wishes are this year's apologies... Every last time I come home (...)"
Poli-USP
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