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Questão 128 do ENEM PPL 2020

2º dia · Ciências da Natureza · H5 · Física: Potência elétrica e efeito Joule

Nos chuveiros elétricos, a água entra em contato com uma resistência aquecida por efeito Joule. A potência dissipada pelo aparelho varia em função da tensão à qual está ligado e do valor da resistência elétrica escolhida com a chave seletora. No quadro estão indicados valores de tensão e as possíveis resistências para cinco modelos de chuveiro. Nesse quadro, o valor das resistências é medido a partir da extremidade esquerda.

Quadro com cinco modelos de chuveiro (A a E), suas respectivas tensões e ilustrações das resistências elétricas helicoidais com os terminais de seleção: chuveiro A (127 V, terminal final em 5,0 Ω), chuveiro B (127 V, derivação em 3,2 Ω e final em 6,2 Ω), chuveiro C (220 V, derivação em 8,0 Ω e final em 17,3 Ω), chuveiro D (220 V, derivações em 10,0 Ω e 12,1 Ω e final em 23,0 Ω) e chuveiro E (220 V, derivação em 10,5 Ω e final em 24,2 Ω).

Qual chuveiro apresenta a maior potência elétrica?

  1. A
    A
  2. B
    B
  3. C
    C
  4. D
    D
  5. E
    E
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Resolução comentada

A potência dissipada por efeito Joule é P = \frac{U^2}{R}. Para cada chuveiro, a maior potência ocorre na menor resistência disponível, porque R está no denominador. O terminal de seleção é medido a partir da extremidade esquerda, então a menor resistência de cada modelo é o primeiro valor da figura.

Calculando a potência máxima de cada modelo:

  1. Chuveiro A: P = \frac{127^2}{5{,}0} = \frac{16129}{5{,}0} \approx 3226\ \text{W}
  2. Chuveiro B: P = \frac{127^2}{3{,}2} = \frac{16129}{3{,}2} \approx 5040\ \text{W}
  3. Chuveiro C: P = \frac{220^2}{8{,}0} = \frac{48400}{8{,}0} = 6050\ \text{W}
  4. Chuveiro D: P = \frac{220^2}{10{,}0} = 4840\ \text{W}
  5. Chuveiro E: P = \frac{220^2}{10{,}5} \approx 4610\ \text{W}

Comparando, a maior potência é a do chuveiro C, com 6050\ \text{W}. Os chuveiros de 220 V têm vantagem por causa do U^2, mas é preciso conferir a resistência de cada um: o B, de 127 V, tem resistência baixa e chega perto, mas não supera o C.

Alternativa C.

Pegadinha: O chuveiro B, com a menor resistência de todas (3,2 Ω), engana quem olha só a resistência e esquece que a tensão entra ao quadrado na potência.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ATem tensão de 127 V e resistência de 5,0 Ω, o que dá só cerca de 3226 W, a menor potência entre os modelos.
  • BSua menor resistência (3,2 Ω) dá cerca de 5040 W, menos que os 6050 W do C.
  • DCom 220 V e 10,0 Ω, dissipa 4840 W, menos que o C.
  • ECom 220 V e 10,5 Ω, dissipa cerca de 4610 W, menos que o C.

Assunto: Potência elétrica e efeito Joule.

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