Um dispositivo eletrônico dissipando 35 W tem uma massa de 18 g e um calor específico de 790
. O dispositivo é usado levemente e fica ligado por 4 minutos e depois desligado por várias horas, durante as quais ele esfria até a temperatura ambiente de
. Determine a temperatura mais alta possível do dispositivo no final do período de operação se o dispositivo estivesse conectado a um dissipador de alumínio de
. Suponha que o dispositivo e o dissipador de calor sejam isotérmicos.
Passo 1
O enunciado descreve um dispositivo que dissipa
durante
minutos e depois esfria até a temperatura ambiente de
. Ele está montado em um dissipador de alumínio de massa
e supõe-se que, enquanto opera, o dispositivo e o dissipador estão à mesma temperatura (sistema isotérmico). Precisamos usar o princípio da conservação de energia para calor, isto é, toda a energia fornecida pelo dispositivo vai para aumentar a temperatura combinada do dispositivo e do dissipador.
Passo 2
Calcular a energia total fornecida:
Convertendo
minutos em segundos:
. Logo,
Passo 3
Determinar a capacidade térmica de cada parte:
– Dispositivo: massa , calor específico
.
– Dispositivo: massa
– Dissipador de alumínio: massa
, calor específico
.
Capacidade térmica total:
Passo 4
Calcular a variação de temperatura
usando
:
Passo 5
Obter a temperatura final máxima:
Resposta
A temperatura mais alta possível do dispositivo após os
minutos de operação é aproximadamente
.