EXERCÍCIO #02. (VALOR 3,3) - TEMA: PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA.
Uma lâmpada foi ligada a uma fonte de 10 V e percorrida por uma corrente elétrica de 2 A durante 5 minutos. A lâmpada foi utilizada para aquecer 200 g de água, cuja temperatura aumentou de
para
. Considerando o calor específico da água
e
:
(a) Calcule a potência elétrica da lâmpada;
(b) Determine a energia elétrica fornecida
Uma lâmpada foi ligada a uma fonte de 10 V e percorrida por uma corrente elétrica de 2 A durante 5 minutos. A lâmpada foi utilizada para aquecer 200 g de água, cuja temperatura aumentou de
(b) Determine a energia elétrica fornecida
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que é pedido.
Dados fornecidos:
- Fonte:
. - Corrente que percorre a lâmpada:
. - Tempo de funcionamento:
. - Massa de água aquecida:
. - Temperatura inicial da água:
. - Temperatura final da água:
. - Calor específico da água:
. - Conversão:
.
O enunciado pede:
(a) Calcular a potência elétrica da lâmpada.
(b) Determinar a energia elétrica fornecida (durante os minutos).
(a) Calcular a potência elétrica da lâmpada.
(b) Determinar a energia elétrica fornecida (durante os
Passo 2
Conceito e fórmula da potência elétrica — aula rápida e prática:
- Potência elétrica é a razão entre a energia elétrica fornecida e o tempo; para um circuito simples, a potência instantânea também pode ser obtida multiplicando a tensão pela corrente.
- Fórmula que vamos usar:
onde:
-
é a potência elétrica em watts ( ), -
é a tensão em volts ( ), -
é a corrente em ampères ( ). - Unidade:
.
Aplicando os valores dados:
Portanto a lâmpada tem potência
.
Passo 3
Energia elétrica fornecida — fórmula, conversão de tempo e cálculo:
- Relação entre energia e potência:
onde:
-
é a energia elétrica em joules ( ), -
é a potência em watts ( ), -
é o tempo em segundos ( ), porque .
Primeiro converter o tempo de minutos para segundos:
Agora calcular a energia:
Observação prática: dá para obter a mesma energia direto por
:
Passo 4
Verificação e interpretação física (útil para prova): comparar com o calor absorvido pela água.
- Energia térmica absorvida pela água:
onde:
-
, -
, -
.
Calculo em calorias:
Converter para joules usando
:
Interpretação: a energia elétrica fornecida pela lâmpada em
minutos é
, enquanto o aquecimento da água exigiria
se toda a energia elétrica fosse convertida em calor absorvido pela água. Como
, ou houve perda de informação, ou nem toda a energia térmica necessária veio da lâmpada, ou o sistema não foi isolado, ou o enunciado tem inconsistência experimental — é um bom ponto para comentar numa prova.
Passo 5
Resumo prático do procedimento (como fazer rápido na prova):
- Calcule
. - Converta o tempo para segundos.
- Calcule
(ou ). - Se quiser comparar com aquecimento de uma substância, calcule
e converta unidades se necessário.
Resposta
(a)
(b)
(b)