Energia Elétrica transformada em Térmica

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1 Energia Elétrica transformada em Térmica 1. (ece 017) A unidade de medida de energia utilizada usualmente pelas distribuidoras de energia elétrica é o kwh. Em termos de Joules, a equivalência é 6 a) 1kWh 3,6 10 J. b) 1kWh 3,6 J. c) 6 1J 3,6 10 kwh. d) 1J 3,6 10 kwh.. (G1 - ifpe 016) Em muitas casas brasileiras, para um maior conforto, é comum ter instalado um chuveiro elétrico. Seu funcionamento se dá graças à resistência presente em seu interior, cuja função é produzir aquecimento. Todo equipamento com essas características está inserido no grupo dos resistivos. De acordo com essas informações, assinale a alternativa que apresenta apenas equipamentos que pertencem ao grupo dos resistivos. a) Ferro elétrico, geladeira, secador de cabelos. b) Chapinha para cabelos, secador de cabelos, computador. c) Aquecedor elétrico, ar condicionado, ferro elétrico. d) Secador de cabelos, chapinha para cabelos, ferro elétrico. e) Televisão, lâmpada incandescente, forno elétrico. 3. (Pucpr 015) Para fazer o aquecimento de uma sala durante o inverno, uma família utiliza um aquecedor elétrico ligado à rede de 10 V. A resistência elétrica de operação apresentada por esse aquecedor é de 1, Ω. Se essa família utilizar o aquecedor diariamente, por três horas, qual será o custo mensal cobrado pela companhia de energia se a tarifa for de R$ 0,5 por kw h? Considere o mês de 30 dias. a) R$ 15,00. b) R$,50. c) R$ 18,30. d) R$ 5,0. e) R$ 6,80. Página 1 de 6

2 . (epg 017) m fio metálico, de 100 m de comprimento, resistividade igual a 1,7 10 Ω mm m e área da seção transversal de 3, mm, tem suas extremidades ligadas em uma bateria de 1 V. Em função do exposto, assinale o que for correto. 01) A resistência elétrica do fio é 0,5 Ω. 0) Desprezando a variação da resistividade com a temperatura, a potência elétrica dissipada por efeito Joule no fio é 88 W. 0) Se aumentarmos o comprimento do fio e mantivermos todos os outros parâmetros constantes, a corrente elétrica e a potência dissipada no fio irão diminuir. 08) A resistência elétrica de um resistor não depende do material que o constitui, depende apenas de suas dimensões. 16) Se aumentarmos a área da seção transversal do fio e mantivermos todos os outros parâmetros constantes, a corrente elétrica e a potência dissipada no fio irão aumentar. 5. (Eear 016) Considere um cubo de gelo de massa 1kg que se encontra à temperatura de C. Colocado ao sol, recebe 1 J de calor a cada segundo. Dados o calor específico do gelo igual a 0,5 cal g C e 1cal igual a, J. Quantos minutos, aproximadamente, o gelo deverá ficar ao sol para começar a se fundir? a) 0,005 b) 0,5 c) 5 d) 50 TEXTO PARA A PRÓXIMA QESTÃO: Considere as especificações técnicas de um chuveiro elétrico e responda à(s) questão(ões). Chuveiro elétrico Especificações Técnicas Tensão: 0 V Vazão: 3 L / min Potência (W) Seletor de temperatura.700 Verão 5.00 Inverno 6. (Fatec 016) Deseja-se instalar em uma rede de 0 V apenas esse chuveiro elétrico e um disjuntor. O disjuntor é um dispositivo responsável pela proteção das instalações elétricas, interrompendo a passagem da corrente elétrica quando o valor nele especificado é ultrapassado. Dispõem-se dos seguintes modelos de disjuntores para uma determinada instalação elétrica. Disjuntor I II III IV V Corrente elétrica (A) Para que o chuveiro funcione normalmente nos dois seletores de temperatura, sem que haja riscos para o circuito, o disjuntor mais adequado a ser instalado é o Lembre-se de que: P i, em que P é dado em watts, em volts e i em amperes. a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. Página de 6

3 7. (fpr 01) Nas residências, é comum utilizarmos um aparelho chamado mergulhão, ebulidor ou rabo quente, constituído essencialmente por um resistor que, ao ser ligado a uma diferença de potencial, dissipa calor e aquece líquidos nos quais está mergulhado. Suponha que a resistência do aparelho seja constante e igual a 10 Ω, e que ele seja mergulhado num recipiente com um litro de água pura, inicialmente a 0 C. Considere que a 187J / kg C e que o aparelho seja densidade da água é 1000 kg/m 3, seu calor específico é ligado a uma diferença de potencial de 100 V. Despreze a capacidade térmica do aparelho e do recipiente. Com base nestes dados, calcule quanto tempo leva para a água ser aquecida até a temperatura de 60 C, expressando seu resultado em segundos e utilizando apenas três algarismos significativos. 8. (nesp 010) m estudante de física construiu um aquecedor elétrico utilizando um resistor. Quando ligado a uma tomada cuja tensão era de 110 V, o aquecedor era capaz de fazer com que 1 litro de água, inicialmente a uma temperatura de 0 ºC, atingisse seu ponto de ebulição em 1 minuto. Considere que 80% da energia elétrica era dissipada na forma de calor pelo resistor equivalente do aquecedor, que o calor específico da água é 1 cal/(g ºC), que a densidade da água vale 1 g/cm 3 e que 1 caloria é igual a joules. Determine o valor da resistência elétrica, em ohms, do resistor utilizado. 9. (nesp 1995) m resistor elétrico está imerso em 0,18 kg de água, contida num recipiente termicamente isolado. Quando o resistor é ligado por 3,0 minutos, a temperatura da água sobe 5,0 C. a) Com que potência média o calor (energia térmica) é transferido do resistor para a água? (Considere o calor específico da água igual a, 10 3 J/kg C e despreze a capacidade térmica do recipiente e do resistor.) b) Se, durante 3,0 minutos o resistor for percorrido por uma corrente constante de 3,5 A, que tensão foi aplicada em seus terminais? 10. (nicamp 1991) Em um aquário de 10, completamente cheio d água, encontra-se um pequeno aquecedor de 60W. Sabendo-se que em 5 minutos a temperatura da água aumentou de C, pergunta-se: a) Que quantidade de energia foi absorvida pela água? b) Que fração da energia fornecida pelo aquecedor foi perdida para o exterior? Dados: calor específico da água = 1cal g C 1cal,0 J Página 3 de 6

4 Gabarito: Resposta da questão 1: [A] 6 1kWh 1kW 1h W s 1kWh 3,6 10 J. Resposta da questão : [D] Geladeira, computador, condicionador de ar e televisor são receptores, pois a energia dissipada na forma de calor é apenas um "efeito colateral". Dos dispositivos listados, os que transformam energia elétrica em térmica como função principal (equipamentos resistivos) são: secador de cabelos, chapinha para cabelos, e ferro elétrico. A lâmpada incandescente também é um equipamento resistivo, embora a função principal não seja a produção de calor. Resposta da questão 3: [B] A Energia Elétrica é dada por: E P Δt, onde: E energia elétrica em joules (J) no Sistema Internacional (SI), porém para o problema é conveniente usar a unidade usual kwh; P potência elétrica em watts no SI. saremos em kw; Δt tempo em segundos (s) no SI. saremos em horas (h). Primeiramente, calculamos a Potência Elétrica com a equação: P i, em que: diferença de potencial elétrico em volts (V); i intensidade da corrente elétrica em ampères (A). Como não dispomos do valor da intensidade da corrente elétrica (i), usamos a 1ª Lei de Ohm para substituí-la por uma relação entre diferença de potencial e resistência. R i i R Substituindo na equação da potência, temos: P, onde R resistência elétrica em ohms ( Ω ) R 10 V 100 V Logo, P 1000 W 1kW 1, Ω 1, Ω A Energia Elétrica em kwh será: 3h E P Δt 1kW 30dias 90 kwh dia Como o custo mensal da Energia Elétrica consumida é apenas o produto da Energia Elétrica em kwh pelo seu valor, temos: R$0,5 Custo 90kWh R$,50 kwh Página de 6

5 Resposta da questão : = 3. [01] Verdadeira. Pela Segunda Lei de Ohm: ρl 1,7 10 Ωmm m 100 m R R 0,5 Ω A 3, mm [0] Verdadeira. Cálculo da corrente elétrica: 1 V i i A R 0,5 Ω E a potência dissipada será: P i 1 V A P 88 W [0] Verdadeira. L, R, i, P [08] Falsa. Pela Segunda Lei de Ohm, sabemos que a resistência elétrica depende do material que o mesmo é feito, do seu comprimento e da área transversal. [16] Verdadeira. A, R, i, P Resposta da questão 5: [C] P 1 J / s P 1 W Q Q m c Δθ P Δt Δt Δt P P ,5, (0 ( )) ,5, (0 ) Δt Δt P ,5, Δt Δt 31, s Δt 5, min Δt 5 min 1 Resposta da questão 6: [E] sando a expressão para a potência dada calculamos a da corrente para a pior situação, ou seja, para a condição de inverno. P P i i 500 W i i,5 A 0 V Logo, para que o chuveiro funcione perfeitamente, devemos usar um disjuntor com o valor superior ao calculado. Sendo assim, o disjuntor de 5A é o mais adequado para o circuito. Resposta da questão 7: Dados: R 10 Ω; 100V; V 1L m 1kg; c.187j / kgc; Δθ 0 C. Q m c Δθ PΔt m c Δθ Δt m c Δθ R R m c Δθ Δt Δt 100 Δt 167 s. Página 5 de 6

6 Resposta da questão 8: Dados: V = 1 L; = 110 V; T 0 = 0 C; T = 100 C; c = 1 cal/g. C =.000 J/kg. C; d = 1 g/cm 3 = 1 kg/l; = 80% = 0,8; 1 cal = J; t = 1 min = 60 s. A potência útil corresponde à potência usada para o aquecimento da água até a ebulição: Q m c T P =. (I) T t Porém, essa potência útil é 80% da potência dissipada no resistor do aquecedor: P = 0,8 R. (II) Combinando (I) e (II), vem: 0,8 R = m c T t R = 0,8 t. m c T Como a densidade da água é 1 kg/l, a massa de água é m = 1 kg. Assim: 0, R = (100 80) 3 R 1,8. Resposta da questão 9: Dados: m = 0,18 kg; c =, 10 3 J/kg C; Δθ = 5 C; Δt = 3 min = 180 s; i = 3,5 A. a) A potência da fonte é dada pela razão entre a energia térmica liberada (Q) e o tempo ( Δt ). 3 Q mcδθ 0,18, 10 5 P P 1 W. Δt Δt 180 P 1 b) P i 6 V. i 3,5 Resposta da questão 10: Dados: P 60 W; V 10 m 10 kg 10 g; c 1 cal / gc J / gc; Δt 5 min s; Δθ C. a) Da equação do calor sensível: Q m c Δθ 10 Q 8 10 J. b) A energia liberada é: E P Δt E 9 10 J. Calculando a energia perdida para o exterior: EP E Q EP EP 10 J. Sendo f a fração pedida: EP 10 1 f f. E Página 6 de 6