Estudantes do curso de Física fizeram um tubo de aquecimento de água. No sistema, dentro desse tubo, eles acoplaram um aquecedor elétrico. Esse aquecedor possui uma resistência elétrica que está sob tensão de 200 V onde perpassa uma corrente elétrica na intensidade de 20,95 A. O escoamento de água, por sua vez, é controlado a um fluxo permanente de 0,1 L/s em que é possível a troca de calor, integralmente, com essa resistência elétrica. Considerando que a temperatura da água antes de entrar do tubo era de 20oC, qual seria a temperatura da água ao sair desse tubo? Dados 1 cal= 4,19J ρ água = 1000 kg.m-3
- A) 25oC
- B) 30oC
- C) 35oC
- D) 40oC
Resposta:
Resposta: B) 30°C
Para resolver essa questão, precisamos aplicar o conceito de calor específico e a equação de transferência de calor.
O calor específico da água é dado como 1 cal = 4,19 J/g°C. Isso significa que para aumentar a temperatura da água em 1°C, é necessário fornecer 4,19 J de energia por grama de água.
No problema, temos um fluxo de água constante de 0,1 L/s, que é igual a 0,1 kg/s, pois a densidade da água é de 1000 kg/m³. Além disso, temos uma resistência elétrica que dissipa 200 V × 20,95 A = 4190 W de potência.
Podemos calcular a energia dissipada pela resistência elétrica em um segundo:
ΔQ = P × Δt = 4190 W × 1 s = 4190 J
Agora, podemos calcular a variação de temperatura da água:
ΔQ = m × c × ΔT
Onde m é a massa de água que passa pelo sistema em um segundo, que é de 0,1 kg.
ΔT = ΔQ / (m × c) = 4190 J / (0,1 kg × 4,19 J/g°C) = 10°C
Portanto, a temperatura da água ao sair do tubo é de 20°C + 10°C = 30°C.
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