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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 98 do ENEM PPL 2024

2º dia · Ciências da Natureza · H18 · Física: Potência elétrica e efeito Joule

A utilização de fusíveis em equipamentos eletrônicos é fundamental para a sua preservação. De forma simplificada, esse dispositivo é composto de terminais metálicos, conectados por um fio condutor envolvido por um corpo de vidro, como ilustrado na figura. A passagem de corrente elétrica gera calor por efeito Joule, o que provoca um aumento local na temperatura. Considere que são necessários, em média, 4\text{ A} de corrente para a elevação da temperatura em 1\ ^\circ\text{C}. As temperaturas de fusão de diferentes materiais são apresentadas a seguir.

Esquema didático de um fusível cilíndrico de vidro com terminais metálicos nas extremidades e um fio condutor central, acompanhado abaixo da tabela com as temperaturas de fusão dos materiais.

Temperatura de fusão dos materiais

Material Fr Sn Zn Ag Si
Temperatura de fusão (°C) 27 232 420 960 1 400

Para um equipamento que deve operar com uma corrente menor que 1\ 000\text{ A}, o material adequado para o fusível é o(a)

  1. A
    estanho.
  2. B
    frâncio.
  3. C
    prata.
  4. D
    silício.
  5. E
    zinco.
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Resolução comentada

O fusível protege o equipamento fundindo o fio quando a corrente passa do limite. Então o fio deve fundir quando a corrente chegar a cerca de 1 000 A, mas não fundir com correntes menores.

O enunciado diz que são necessários, em média, 4 A para elevar a temperatura em 1 °C. Assim, para cada material, calculamos a corrente que leva o fio até a temperatura de fusão. Vamos tomar a elevação em relação a 0 °C, como a tabela sugere:

  1. Frâncio: 27 \times 4 = 108\ \text{A}
  2. Estanho: 232 \times 4 = 928\ \text{A}
  3. Zinco: 420 \times 4 = 1\,680\ \text{A}
  4. Prata: 960 \times 4 = 3\,840\ \text{A}
  5. Silício: 1\,400 \times 4 = 5\,600\ \text{A}

O equipamento opera com corrente menor que 1 000 A, e o fusível deve queimar logo acima desse valor, protegendo o circuito. Só o estanho funde com corrente próxima e abaixo de 1 000 A (928 A), ou seja, ele queima no limite de segurança.

O frâncio fundiria com apenas 108 A, interrompendo o circuito em operação normal. Zinco, prata e silício só fundiriam com correntes muito acima de 1 000 A, e o equipamento seria danificado antes de o fusível atuar.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BO frâncio funde com cerca de 108 A, queimando em operação normal, bem abaixo de 1 000 A.
  • CA prata só funde com cerca de 3 840 A, muito acima do limite, não protegendo o equipamento.
  • DO silício só funde com cerca de 5 600 A, então não protege o circuito.
  • EO zinco só funde com cerca de 1 680 A, acima do limite de 1 000 A, deixando passar corrente excessiva.

Assunto: Potência elétrica e efeito Joule.

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