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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 58 do ENEM PPL 2012

1º dia · Ciências da Natureza · H21 · Física: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor

Chuveiros elétricos possuem uma chave para regulagem da temperatura verão/inverno e para desligar o chuveiro. Além disso, é possível regular a temperatura da água, abrindo ou fechando o registro. Abrindo, diminui-se a temperatura e fechando, aumenta-se.

Aumentando-se o fluxo da água há uma redução na sua temperatura, pois

  1. A
    aumenta-se a área da superfície da água dentro do chuveiro, aumentando a perda de calor por radiação.
  2. B
    aumenta-se o calor específico da água, aumentando a dificuldade com que a massa de água se aquece no chuveiro.
  3. C
    diminui-se a capacidade térmica do conjunto água/chuveiro, diminuindo também a capacidade do conjunto de se aquecer.
  4. D
    diminui-se o contato entre a corrente elétrica do chuveiro e a água, diminuindo também a sua capacidade de aquecê-la.
  5. E
    diminui-se o tempo de contato entre a água e a resistência do chuveiro, diminuindo a transferência de calor de uma para a outra.
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Resolução comentada

O chuveiro tem uma resistência que, ligada, dissipa uma potência elétrica constante P (efeito Joule). Essa potência vira calor e é transferida para a água que passa por ela.

O calor recebido por uma massa m de água é Q = m\,c\,\Delta T, e a potência é P = Q/\Delta t. Logo:

P = \frac{m}{\Delta t}\,c\,\Delta T

Aqui \frac{m}{\Delta t} é a vazão de água. Isolando a variação de temperatura:

\Delta T = \frac{P}{c\cdot\text{vazão}}
  1. A potência P é fixa, pois depende só da resistência e da chave verão/inverno.
  2. O calor específico c da água é uma propriedade da substância e não muda.
  3. Ao abrir o registro, a vazão aumenta, então \Delta T diminui.

O que acontece fisicamente: com vazão maior, cada porção de água passa mais rápido pela resistência. Ela fica menos tempo em contato com a resistência e recebe menos calor, saindo menos aquecida. Isso corresponde à alternativa E.

As demais falham: o calor específico não varia (B), a corrente elétrica não passa pela água de modo que o contato dependa do fluxo (D), e a radiação não é o efeito principal (A).

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aa perda de calor por radiação não é o efeito principal e a área da superfície não é o que explica a queda de temperatura.
  • Bo calor específico é propriedade da substância e não muda com o fluxo.
  • Ca capacidade térmica do conjunto não diminui; a massa aquecida por segundo é que aumenta.
  • Da água não faz parte do circuito elétrico da resistência, então o 'contato com a corrente' não varia com o fluxo.

Assuntos: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor, Potência elétrica e efeito Joule.

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Ver como caiu na prova Questão 58 no caderno Branco do ENEM PPL 2012