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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (Física) da 2ª fase do ITA 2023

Física · Física: Potência elétrica e efeito Joule

Texto-base das questões 01 a 10 · Física

Quando necessário, use os seguintes valores para as constantes:
Aceleração local da gravidade g = 10\text{ m/s}^2; velocidade da luz no vácuo c = 3{,}0 \times 10^8\text{ m/s};
Velocidade do som v_{som} = 340\text{ m/s}; carga elementar e = 1{,}6 \times 10^{-19}\text{ C};
Constante de Planck h vezes a velocidade da luz c, hc = 1240\text{ eV.nm};
Massa do elétron m_e = 9{,}11 \times 10^{-31}\text{ kg}.

Aproximações numéricas: (1 + \alpha)^n \approx 1 + n\alpha, para |\alpha| \ll 1; \sqrt{3} \approx 1{,}7.

Um laboratório de paredes adiabáticas possui N computadores de alta performance que precisam ser mantidos a uma temperatura T. Para isso, é instalado um ar-condicionado que atua como uma máquina térmica de máxima eficiência possível, operando entre a temperatura do laboratório e a temperatura do meio externo T_e. Cada computador possui n_c circuitos. A Figura 1 é o esquema de um circuito. Cada resistor de cada circuito é formado por um fio de cobre de diâmetro \epsilon, com n_v voltas por unidade de comprimento, enrolado em um cilindro de cerâmica de raio r e comprimento l, como na Figura 2. Determine:

a) a potência dissipada pelos computadores, considerando \rho_0 a resistividade do cobre a uma temperatura padrão T_0 e \alpha o seu coeficiente de temperatura;

b) a energia consumida pelo ar-condicionado em 1 dia.

Figura 1: esquema do circuito elétrico composto por uma malha quadrada e uma diagonal. O lado esquerdo possui uma fonte de tensão V em série com um resistor R; o lado direito possui uma fonte de tensão V em série com um resistor R; os lados superior e inferior e a diagonal contêm, cada um, um resistor R.

Figura 2: cilindro de cerâmica de comprimento $\ell$ e raio r em torno do qual há um enrolamento helicoidal de fio condutor.

Figura 2

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Resolução comentada Em breve: a resolução passo a passo desta questão.
Ver como caiu na prova Questão 8 no caderno Física da 2ª fase do ITA 2023

Fonte: ITA 2ª fase 2023 · Física. Prova oficial ↗