PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 49 da UFPR 2010
A figura ao lado mostra o circuito elétrico simplificado de um aquecedor de água caseiro. Nesse circuito há uma fonte com força eletromotriz \varepsilon e dois resistores \text{R}_1 e \text{R}_2 que ficam completamente mergulhados na água.
Considere que nessa montagem foram utilizados resistores com resistências \text{R}_1 = R e \text{R}_2 = 3R. Suponha que a quantidade de água a ser aquecida tenha massa m, calor específico c e esteja a uma temperatura inicial T_0. Deseja-se que a água seja aquecida até uma temperatura final T. Considere que a eficiência do aquecedor seja de 40%, ou seja, apenas 40% da potência fornecida a ele transforma-se em fluxo de calor transferido para a água. Assinale a alternativa que apresenta o intervalo de tempo \Delta t em que esse aquecedor deve permanecer ligado.

- A\Delta t = \dfrac{40Rmc\Delta T}{\varepsilon^2}
- B\Delta t = \dfrac{60Rmc\Delta T}{\varepsilon^2}
- C\Delta t = \dfrac{45Rmc\Delta T}{16\varepsilon^2}
- D\Delta t = \dfrac{30Rmc\Delta T}{4\varepsilon^2}
- E\Delta t = \dfrac{15Rmc\Delta T}{8\varepsilon^2}
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Na figura, os resistores estão em paralelo, ligados à mesma fonte. Cada um fica submetido à tensão \varepsilon (fonte ideal).
-
Resistência equivalente do paralelo:
R_{eq}=\frac{R\cdot 3R}{R+3R}=\frac{3R}{4} -
Potência fornecida pela fonte:
P=\frac{\varepsilon^2}{R_{eq}}=\frac{4\varepsilon^2}{3R} -
Só 40% dessa potência vira calor para a água:
P_{\text{útil}}=0{,}4\cdot\frac{4\varepsilon^2}{3R}=\frac{1{,}6\,\varepsilon^2}{3R}=\frac{8\varepsilon^2}{15R} -
Calor necessário para aquecer a água:
Q=mc\,\Delta T,\quad \Delta T=T-T_0 -
Como P_{\text{útil}}=Q/\Delta t:
\Delta t=\frac{Q}{P_{\text{útil}}}=\frac{mc\Delta T\cdot 15R}{8\varepsilon^2}=\frac{15Rmc\Delta T}{8\varepsilon^2}
O tempo é proporcional a R e inversamente proporcional a \varepsilon^2, como esperado.
Alternativa E.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ANão corresponde a nenhuma combinação correta de R_{eq} e eficiência; valores arbitrários.
- BTambém não resulta das contas; ignora o cálculo correto do paralelo e dos 40%.
- CUsa fator incorreto (como se R_{eq} fosse 4R/3 ou ignora a eficiência), não dá 15/8.
- DFator 30/4 não decorre do cálculo; erro ao combinar resistência equivalente e rendimento.
Assuntos: Potência elétrica e efeito Joule, Calorimetria: calor sensível e trocas de calor, Associação de resistores.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: UFPR 2010 · 1ª fase. Prova oficial ↗